Základy transportu spinů v termoelektrických zařízeních

Termoelektrické materiály umožňují efektivní přeměnu průmyslového odpadního tepla na elektřinu. Aby však bylo možné vyrábět účinné termoelektrické materiály, musí být dobře pochopena jejich základní fyzika. Fotografický kredit: Macrovector na Freepiku

Vědci osvětlili, jak mohou magnetické vlastnosti 2D mezivrstev zlepšit účinky akumulace spinu v termoelektrických heterostrukturách.

Termoelektrické spinové materiály jsou oblastí aktivního výzkumu kvůli jejich možnému použití ve sklízečích tepelné energie. Fyzika, která je základem účinků mezivrstev v těchto materiálech na jevy přenosu spinu, je však nejasná. V nedávné studii si vědci z Korejské univerzity Chung-Ang osvětlili toto téma pomocí nově vyvinuté platformy pro měření Spin Seebeckova efektu. Jejich výsledky připravují cestu pro velkoplošné termoelektrické materiály se zlepšenými vlastnostmi.

Termoelektrické materiály, které mohou generovat elektrické napětí v případě teplotního rozdílu, jsou v současné době předmětem intenzivního výzkumu. Technologie pro těžbu termoelektrické energie je jedním z našich nejlepších způsobů, jak významně omezit používání fosilních paliv a zabránit globální energetické krizi. Existuje však několik typů termoelektrických mechanismů, z nichž některé jsou i přes nedávné snahy méně srozumitelné. Nedávná studie vědců z Koreje si klade za cíl tuto mezeru ve znalostech odstranit. Čtěte dále a pochopte jak!

Jedním ze zmíněných mechanismů je Spin Seebeck Effect (SSE), který objevil v roce 2008 výzkumný tým pod vedením profesora Eiji Saitoha z Tokijské univerzity. SSE je jev, kdy teplotní rozdíl mezi nemagnetickým a feromagnetickým materiálem vytváří tok otáčení. Inverzní SSE je zvláště důležitý pro účely výroby termoelektrické energie. V určitých heterostrukturách, jako je yttrium-železo-granát-platina (YIG / Pt), se tok spinů generovaný teplotním rozdílem převádí na proud s elektrickým nábojem, který může generovat proud z inverzní SSE.

Protože tato přeměna spinu na náboj je u většiny známých materiálů relativně neúčinná, pokusili se vědci vložit atomově tenkou vrstvu sirníku molybdeničitého (MoS)2) mezi vrstvami YIG a Pt. Ačkoli tento přístup vyústil ve vylepšenou konverzi, základní mechanismy role 2D MoS jsou2 Vrstva v transportu rotace zůstává nepolapitelná.

Aby tuto mezeru ve znalostech zaplnil, profesor Sang-Kwon Lee z katedry fyziky na univerzitě v Chung-Ang v Koreji nedávno provedl hloubkovou studii na toto téma, která byla zveřejněna v Nano písmena. K porozumění účinkům 2D MoS byli zapojeni různí kolegové z Chung-Ang University a profesor Saitoh2 na termoelektrickém výkonu YIG / Pt.

Za tímto účelem vědci připravili dva YIG / MoS2/ Pt vzorky s různými morfologiemi v MoS2 Vrstva a referenční vzorek bez MoS2 celkem. Připravili měřicí platformu, na kterou lze vynutit teplotní gradient, aplikovat magnetické pole a monitorovat rozdíl napětí způsobený následným tokem rotace. Je zajímavé, že zjistili, že inverzní SSE, a tedy termoelektrický výkon celé heterostruktury, lze buď zlepšit, nebo snížit v závislosti na velikosti a typu MoS2 použitý. Zejména pomocí děravého MoS2 Vícevrstvá vrstva mezi vrstvami YIG a Pt poskytla 60% nárůst termoelektrického výkonu ve srovnání se samotným YIG / Pt.

Díky pečlivé teoretické a experimentální analýze vědci zjistili, že tento výrazný nárůst byl způsoben podporou dvou nezávislých kvantových jevů, které společně vysvětlují celou inverzní SSE. Tito jsou známí jako Inverse Spin Hall Effect a Inverse Rashba Gemstone Effect. Oba vytvářejí akumulaci odstřeďování, která se poté převede na nabíjecí proud. Kromě toho zkoumali, jak jsou díry a defekty v MoS2 Vrstva změnila magnetické vlastnosti heterostruktury a vedla k příznivému zvýšení termoelektrického jevu. Lee, nadšený z výsledků, poznamenává: „Naše studie jako první ukazuje, že magnetické vlastnosti vrstvy rozhraní způsobují fluktuace spinů na rozhraní a v konečném důsledku zvyšují akumulaci spinů, což má za následek vyšší napětí a tepelný výkon prostřednictvím inverzní SSE.“

Výsledky této práce představují rozhodující část skládačky technologie termoelektrických materiálů a mohou brzy mít skutečné účinky, jak vysvětluje Lee: „Naše výsledky ukazují důležité možnosti pro velkoplošné sběrače termoelektrické energie s mezivrstvami v systému YIG / Pt. Poskytují také důležité informace k pochopení fyziky kombinovaného drahokamového efektu Rashba a SSE v transportu spinů. “Dodává, že jejich měřicí platforma SSE může být velkou pomocí při studiu dalších typů kvantových transportních jevů, jako jsou Hallovy a Nernstovy efekty řízené údolím.”

Doufejme, že termoelektrická technologie rychle pokročí, abychom mohli uskutečnit naše sny o zelenější společnosti!

Odkaz: „Vylepšená Spin Seebeck Thermopower v Pt / Holey MoS2/ Y.3Fe5THE12 Hybridní struktura “, autor: Won-Yong Lee, No-Won Park, Gil-Sung Kim, Min-Sung Kang, Jae Won Choi, Kwang-Yong Choi, Ho Won Jang, Eiji Saitoh a Sang-Kwon Lee, 4. prosince 2020, Nano písmena.
DOI: 10,1021 / acs.nanolett.0c03499

O univerzitě Chung-Ang

Univerzita Chung-Ang je soukromá komplexní výzkumná univerzita v jihokorejském Soulu. Byla založena jako mateřská škola v roce 1918 a univerzitní status získala v roce 1953. Je plně akreditováno korejským ministerstvem školství. Univerzita Chung Ang provádí výzkumné aktivity pod heslem „Spravedlnost a pravda“. Nová vize na 100 let je „The Global Creative Leader“. Univerzita Chung-Ang nabízí vysokoškolské, postgraduální a doktorské programy, které zahrnují právnickou školu, manažerský program a lékařskou školu. Má 16 základních a postgraduálních škol. Kulturní a umělecké programy univerzity Chung Ang jsou považovány za nejlepší v Koreji.

O profesorovi Sang-Kwon Lee

Dr. Sang-Kwon Lee získal doktorát z elektrotechniky na Královském technologickém institutu ve Švédsku v roce 2002. V roce 2002 byl jmenován docentem na Institutu vědy a technologie polovodičů na Chonbuk National University v Koreji. Od roku 2013 je profesorem fyziky na Chung Ang University. V současné době vyučuje moderní fyziku a matematickou fyziku na univerzitě v Chung-Ang. Jeho výzkumné zájmy se zaměřují hlavně na fyziku pevných látek, jako je vývoj a modelování termoelektrických materiálů a zařízení v nanoměřítku. Zabývá se nanobiotechnologiemi, jako jsou nanobiologické polovodičové senzory, a charakterizací rakovinných buněk pomocí zařízení, jako jsou nanodráty, mikrofluidika a mikroelektromechanické systémy. V současné době se také ve své laboratoři výzkumu kvantového transportu na univerzitě v Chung-Ang zajímá o práci na efektech souvisejících s údolími, jako je Tal-Nernstův efekt, Tal-Hallův efekt a různé nové Seebeckovy efekty pro aplikace výroby energie. O svém jménu má více než 140 publikací.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Hojnost života v korálových útesech je záhadná již od dob Charlese Darwina – nový výzkum poskytuje odpovědi

Ryby krmící plankton často kontrolují shromáždění ryb v oceánských korálových útesech. Uznání: Dr. Christina Skinner Studie odhaluje otevřenou mořskou vodu, která byla dříve považována...

Vysvětlují mladiství „tyrani“ – potomci masožravých dinosaurů nedostatek rozmanitosti dinosaurů?

Nový výzkum naznačuje, že potomci obrovských masožravých dinosaurů, jako je Tyrannosaurus rex, mohli zásadně přetvořit svá společenství překonáním menších konkurenčních druhů. Fotografický kredit:...

Datové limity mohou zmizet s novými optickými anténami – „světelné kroužky“

Vědci z Kalifornské univerzity v Berkeley našli nový způsob řízení vlastností světelných vln, který by mohl radikálně zvýšit množství dat, která přenášejí. Ukázali...

Odhalení vzácného ošetření mrtvoly „Mud Carapace“ pro egyptské mumie – a případ falešné identity

Mumifikovaná osoba a rakev ve sbírce Nicholson Collection v muzeu křídla Chau Chak, University of Sydney. A. Mumifikovaný jedinec zabalený v moderním pouzdře...

Asteroidový prášek nalezený v kráteru uzavírá případ o tom, co zabilo dinosaury

Vědci se domnívají, že jednoznačným spojením toho, co dinosaury zabilo jejich vyhynutí, s asteroidem, který zasáhl Zemi před 66 miliony let, našli klíčový důkaz:...

Newsletter

Subscribe to stay updated.