De nouvelles recherches ont démontré qu'un composé d'uranium magnétique peut avoir de fortes propriétés thermoélectriques, générant quatre fois la tension transversale due à la chaleur que le précédent record dans un composé cobalt-manganèse-gallium. Le résultat ouvre un nouveau potentiel pour les éléments actinides au bas du tableau périodique et indique une nouvelle direction dans la recherche sur les matériaux quantiques topologiques.

"Nous avons découvert que le grand couplage spin-orbite et les fortes corrélations électroniques dans un système d'uranium-cobalt-aluminium dopé au ruthénium entraînaient une conductivité de Nernst anormale colossale, " a déclaré Filip Ronning, enquêteur principal sur l'article publié aujourd'hui dans Avancées scientifiques . Ronning est directeur de l'Institute for Materials Science du Los Alamos National Laboratory. "Cela montre que les alliages d'uranium et d'actinides sont des matériaux prometteurs pour étudier l'interaction entre la topologie d'un matériau et les fortes corrélations électroniques. Nous sommes très intéressés à comprendre, régler et éventuellement contrôler cette interaction, donc j'espère qu'un jour nous pourrons exploiter certaines de ces réponses remarquables."

La réponse de Nernst se produit lorsqu'un matériau convertit un flux de chaleur en une tension électrique. Ce phénomène thermoélectrique peut être exploité dans des dispositifs qui génèrent de l'électricité à partir d'une source de chaleur. L'exemple actuel le plus notable est celui des générateurs thermoélectriques à radio-isotopes (RTG) qui ont été développés en partie à Los Alamos. Les RTG utilisent la chaleur de la désintégration radioactive naturelle du plutonium-238 pour produire de l'électricité. L'un de ces RTG alimente actuellement le rover Perseverance sur Mars.

"Ce qui est excitant, c'est que cet effet Nernst anormal colossal semble être dû à la riche topologie du matériau. Cette topologie est créée par un grand couplage spin-orbite, ce qui est commun dans les actinides, " Ronning a dit. " Une conséquence de la topologie dans les métaux est la génération d'une vitesse transversale, ce qui peut donner lieu à une réponse de Nernst comme nous l'observons. Il peut également générer d'autres effets tels que de nouveaux états de surface qui peuvent être utiles dans diverses technologies de l'information quantique. »

Le système à l'uranium étudié par l'équipe de Los Alamos a généré 23 microvolts par kelvin de changement de température, soit quatre fois plus que le précédent record, qui a été découvert dans un alliage cobalt-manganèse-gallium il y a quelques années et également attribué à ce genre d'origines topologiques.