日本物理学家找到外尔磁体(Weyl magnets)的一种新特殊材料,基于全新的量子效应带来强大异常能斯特效应并发电,能应用在遥测设备或医疗植入物领域。
我们生活周遭存在各式各样被浪费的热能,科学家很努力在寻找能有效将废热转为电力的方法,包括最近由日本东京大学物理学家 Satoru Nakatsuji 领导的团队,他们利用新材料的异常能斯特效应(anomalous Nernst effect),创造出新一代低功耗、低维护需求的电子设备动力源。
当磁化材料放在磁场中时温度会上升,离开磁场时温度降低,称为磁热效应(magneto-caloric effect)。目前商业热电转换元件多使用基于赛贝克效应的非磁性半导体,但 Satoru Nakatsuji 解释,塞贝克效应的电压方向与温度梯度平行,而异常能斯特效应类似塞贝克效应,只不过异常能斯特效应沿着磁化金属片产生电压,垂直于温度梯度,因此更容易大面积发电。
然而,迄今为止磁性材料的异常能斯特效应极小,因此难以应用在热电领域。
团队现在从称为外尔磁体的特殊磁性材料 Co2MnGa 中,观察到这种金属拥有极强大的异常能斯特效应,基于这种效应的元件其结构比赛贝克效应简单许多,更重要的是在室温下效率也很高,磁热效应(异常能斯特效应)是迄今为止世界已知最高值的 10 倍,因此未来有机会大量生产此类设备。
不过研究人员坦承还有个问题,异常能斯特效应产生的电压大概只有赛贝克效应的 0.1%,可能无法马上就应用在太空探测器。Satoru Nakatsuji 说,但鉴于其他优势,相关技术进展将会相当快速,从 2015 年发现外尔磁体热电堆以来,效率已经一路提升了 1,000 倍。新研究发表在《自然─物理》(Nature Physics)期刊。
- Low-power devices may one day run on new heat-based power source
(首图来源:东京大学)