Dans leur quête d’une utilisation efficace de l’énergie, les scientifiques étudient des matériaux thermoélectriques capables de transformer efficacement la chaleur en électricité. Un type spécifique, appelé aimants topologiques, suscite beaucoup d’attention car il présente l’effet Nernst anormal. Dans l'effet Nernst anormal, une tension est générée perpendiculairement au gradient de température et au champ magnétique appliqué dans un matériau ferromagnétique.
Bien que certains appareils aient montré des performances améliorées en combinant des couches avec différents signes de thermopuissance dans les appareils à thermopile, cette approche nécessite généralement l'utilisation de différents matériaux et une modification du processus de fabrication.
Dans le cadre d'une avancée majeure, un groupe de recherche collaboratif a démontré la capacité de créer des polarités à la fois positives et négatives lors de la production d'électricité à partir de chaleur à l'aide d'un matériau spécial appelé Co3. Sn2 S2 , connu pour ses propriétés magnétiques topologiques. Cette percée a été réalisée en remplaçant simplement certains éléments du composé magnétique.
Le groupe était dirigé par le professeur agrégé Kohei Fujiwara et le professeur Atsushi Tsukazaki de l'Institut de recherche sur les matériaux (IMR) de l'Université de Tohoku; le chercheur Takamasa Hirai et le chef de groupe distingué Ken-ichi Uchida de l'Institut national de science des matériaux (NIMS) ; et le professeur agrégé Yuki Yanagi de l'Université préfectorale de Toyama.
Les détails de leurs découvertes ont été rapportés dans la revue Nature Physics. le 8 janvier 2024.
"Nous nous sommes concentrés sur un ferromagnétique à base de cobalt-étain-soufre car son état électronique topologique est adapté pour contrôler la polarité de l'effet Nernst anormal selon notre étude théorique précédente", a déclaré Fujiwara.
Pour valider leur concept, l'équipe a procédé à une substitution élémentaire via les processus de croissance des films minces, une technique largement utilisée dans la technologie des semi-conducteurs. Ils ont découvert que la substitution appropriée du nickel et de l'indium conduisait à une inversion du signe de la tension thermoélectrique grâce à la modulation de l'état électronique topologique.
"La disponibilité d'éléments de base communs pour la fabrication de dispositifs à thermopile contribuera à la réduction des ressources et des coûts. Notre concept s'appliquera à d'autres aimants topologiques et accélérera le développement de matériaux magnéto-thermoélectriques supérieurs", ajoute Fujiwara.
Plus d'informations : Shun Noguchi et al, Bipolarité d'un grand effet Nernst anormal dans des films d'alliage à base d'aimants Weyl, Nature Physics (2024). DOI :10.1038/s41567-023-02293-z
Informations sur le journal : Physique de la nature
Fourni par l'Université du Tohoku
