作者:J. P. Heremans 来源:《自然》 发布时间:2012-7-17 10:51:37
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科学家将“自旋塞贝克效应”放大千倍
 
热电循环需通过“塞贝克效应”来产生热,据物理学家组织网7月11日报道,俄亥俄大学找到了一种新方法,能将“自旋塞贝克效应”放大1000倍,将其向实际应用推进了一大步。该研究有助于热电循环的实现,从而最终有望开发出新型热电发动机,还可用于计算机制冷。相关论文发表在本周出版的《自然》杂志上。
 
热电循环是电子设备循环利用自身产生的部分废热,将废热转化成电。根据“塞贝克效应”,当导体被放在一个温度梯度中时,会产生电压使热能转变为电能。而2008年日本发现了“自旋塞贝克效应”,即在磁性材料中,自旋电子会产生电流使材料接点产生电压。这以后,许多科学家都在试图利用自旋电子学来研发读写数据的新型电子设备,以便在更少空间、更低能耗的条件下更安全地存储更多数据。但这种“自旋塞贝克效应”产生的电压一般非常小。
 
目前新方法是将此效应放大为“巨自旋塞贝克效应”。研究人员利用锑化铟及其他元素掺杂制成所需材料,并将温度降低到零下253℃至零下271℃附近,外加3特斯拉磁场。当他们将材料一面加热使其升高1℃时,在另一面检测到电压为8毫伏,得到比以往的5微伏高三个数量级的电流,是迄今为止通过标准“自旋塞贝克效应”产生的最高电压,且功率提高了近百万倍。
 
俄亥俄大学物理学与机械工程教授约瑟夫·海尔曼斯说,科学家认为热是由振动量子所组成,他们能在半导体内部引发强大的振动量子流,在流过材料时撞击电子使电子向前运动。而由于材料中原子使电子自旋,电子最终就像枪管中的子弹那样旋转前进。
 
以往人们只在磁性半导体和金属中发现过“自旋塞贝克效应”,而此次“成功的关键是选择材料,”该校材料科学与工程夫教授罗伯托·梅尔斯说,但由于材料是非磁性的,还需要外加电场和低温环境,这是实验的不足之处,他们还在进一步研究其他材料。
 
海尔曼斯表示,其最终目标是开发出一种低成本高效率将热转化为电能的固态发动机。这些发动机没有运动部分,不会磨损,可靠性几乎是无限的。“这是真正的新一代热电发动机。17世纪我们有了蒸汽机,18世纪有了燃气机,19世纪有了第一个热电材料,而现在我们正要用磁来做同样的事。”(来源:科技日报 常丽君)
 
 
 
 
 
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