「前沿技術」利用順磁子自旋的熱電效應

2020-09-05 藍海星智庫

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受美國國防部多學科大學研究計劃資助，北卡羅來納州立大學等研究發現，在順磁性材料中，電子自旋的局部熱擾動可以將熱能轉換為電能，這種效應被稱為「順磁子阻力熱電效應」。

順磁體內部一般是無規則的電子自旋，但也存在壽命短、短程、局部有序的順磁電子。研究人員發現，順磁子會在溫差驅動下移動，推動自由電子產生熱電勢，並通過加熱摻雜鋰的碲化錳材料驗證了這項結論。這種材料是一種p型反鐵磁半導體，奈耳溫度為304 K，具有良好的熱電性。加熱至304 K~900 K時，材料轉為順磁體，但熱電效應不降反升。這是因為，加熱後材料中的順磁子壽命超過載流子-磁振子相互作用時間，自旋空間對應的長度大於載流子的有效玻爾半徑和德布羅意波長，順磁子可被視作磁振子，帶來熱電效應。實驗表明，摻雜率4.5×1020cm-3的碲化錳材料在溫度>900 K時，熱電優值> 1。

這項研究提出了產生熱電效應的新原理，為製備高效熱電材料提供了實驗支持，有望促進熱電材料在能量回收等領域的應用。

（藍海星）

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