Une nouvelle façon de générer de l'électricité dans des matériaux spéciaux appelés aimants de Weyl a été découverte par des physiciens de l'Université de Tokyo. La méthode exploite les gradients de température, différences de température dans un matériau. Cela pourrait ouvrir la voie à des dispositifs de télédétection sans entretien ou même à des implants médicaux.

"Notre méthode exploite un phénomène appelé effet Nernst anormal qui n'a jamais été utilisé de cette manière auparavant, " déclare le professeur Satoru Nakatsuji de l'Institut de physique des solides. " J'imagine que cela pourrait être la source d'alimentation d'une nouvelle génération de basse puissance, appareils électroniques nécessitant peu d'entretien. Nous avons créé quelque chose que les ingénieurs de petits appareils attendaient."

Alors, quel est cet effet Nernst anormal et comment a-t-il pu conduire à un si grand bond en avant ?

"L'effet Nernst anormal se produit lorsqu'un morceau de métal magnétisé génère une tension soumise à un gradient de chaleur à travers lui, il fait donc plus chaud d'un côté et plus frais de l'autre, " explique Nakatsuji. Ceci est similaire à un phénomène plus établi appelé l'effet Seebeck, qui est responsable de la production d'électricité dans les thermopiles, les composants fonctionnels des générateurs thermoélectriques. Ceux-ci sont utilisés dans des sondes spatiales comme Voyager et New Horizons, entre autres choses. Avec l'effet Seebeck, la tension est générée entre les régions chaudes et froides du métal en question, c'est donc parallèle au gradient de température. L'effet Nernst anormal génère cependant une tension sur la longueur d'un morceau de métal magnétisé, perpendiculaire au gradient de température.

Les chercheurs observent cet effet dans un type spécial de métal (Co2MnGa) connu sous le nom d'aimant de Weyl. Ceci fournit la première preuve claire de l'existence de fermions de Weyl dans un matériau, particules élémentaires qui confèrent aux aimants de Weyl leurs propriétés uniques. Et il y a des implications pratiques importantes. Les appareils sont beaucoup plus simples que ceux utilisés pour l'effet Seebeck, des films minces par opposition aux structures en forme de pilier grâce à cette tension perpendiculaire plutôt que parallèle. Ils sont donc flexibles et peuvent être transformés en une variété de formes utiles. "Nos matériaux, étant beaucoup plus courants et totalement non toxiques, cela signifie également que les appareils peuvent être beaucoup moins chers à produire, " dit Nakatsuji. " Mieux encore, contrairement aux appareils précédents, ils sont efficaces à température ambiante, donc la production en série de tels appareils est dans notre ligne de mire. »

Il y a un hic cependant, en ce que le procédé produit habituellement environ 0,1 % de la tension du système équivalent à effet Seebeck, environ 0,1 microvolt contre 100 microvolts, nous ne verrons donc peut-être pas cette technologie dans les sondes spatiales de si tôt. "Toutefois, nous visons à rendre notre méthode comparable à l'effet Seebeck en termes d'efficacité, " dit Nakatsuji. " Et même avant cela, vu les autres avantages, cette technologie pourrait être rapidement adoptée à grande échelle. » Depuis la découverte des thermopiles magnétiques Weyl en 2015, qui présentent l'effet Nernst anormal, leur efficacité de production d'électricité a été multipliée par mille, avec cette découverte récente à elle seule observant 8 microvolts par Kelvin, une augmentation d'un ordre de grandeur par rapport à la valeur maximale rapportée précédente d'environ 0,1 microvolt par Kelvin.

Les ingénieurs s'efforcent continuellement d'améliorer l'efficacité énergétique des appareils et des sources qui fournissent cette énergie. Un objectif général est de créer des dispositifs fonctionnels, tels que des capteurs, qui pourraient être mis au travail puis laissés seuls sans avoir besoin d'entretien ou de batteries de remplacement. Ils produiraient de l'électricité avec leurs propres appareils thermopiles Weyl en utilisant la chaleur ambiante ou résiduelle ou peut-être même la lumière du soleil. Les informaticiens pourraient également être intéressés par ces découvertes, car les aimants de Weyl pourraient être utiles dans le futur à grande vitesse, technologies de stockage de données à haute densité.

L'étude est publiée dans Physique de la nature .