Matériaux thermoélectriques, qui peut générer une tension électrique en présence d'une différence de température, sont actuellement un domaine de recherche intense; La technologie de récupération d'énergie thermoélectrique est l'un de nos meilleurs moyens de réduire considérablement l'utilisation de combustibles fossiles et d'aider à prévenir une crise énergétique mondiale. Cependant, il existe différents types de mécanismes thermoélectriques, dont certains sont moins bien compris malgré les efforts récents. Une étude récente menée par des scientifiques coréens vise à combler une telle lacune dans les connaissances.

L'un de ces mécanismes mentionnés précédemment est l'effet de spin Seebeck (SSE), qui a été découvert en 2008 par une équipe de recherche dirigée par le professeur Eiji Saitoh de l'Université de Tokyo, Japon. Le SSE est un phénomène dans lequel une différence de température entre un matériau non magnétique et un matériau ferromagnétique crée un flux de spins. À des fins de récupération d'énergie thermoélectrique, le SSE inverse est particulièrement important. Dans certaines hétérostructures, tels que le grenat fer-yttrium-platine (YIG/Pt), le flux de spin généré par une différence de température est transformé en un courant avec une charge électrique, offrant un moyen de produire de l'électricité à partir de l'ESS inverse.

Étant donné que cette conversion spin-charge est relativement inefficace dans la plupart des matériaux connus, les chercheurs ont essayé d'insérer une fine couche atomique de bisulfure de molybdène (MoS 2 ) entre les couches YIG et Pt. Bien que cette approche ait abouti à une conversion améliorée, les mécanismes sous-jacents au rôle du MoS 2-D 2 couche dans le transport de spin reste insaisissable.

Pour combler ce manque de connaissances, Professeur Sang-Kwon Lee du Département de physique de l'Université de Chung-Ang, Corée, a récemment mené une étude approfondie sur le sujet, qui a été publié dans Nano lettres . Divers collègues de l'Université de Chung-Ang y ont participé, ainsi que le professeur Saitoh, dans un effort pour comprendre l'effet du MoS 2-D 2 sur la puissance thermoélectrique de YIG/Pt.

À cette fin, les scientifiques ont préparé deux YIG/MoS 2 /Pt échantillons avec différentes morphologies dans le MoS 2 couche, ainsi qu'un échantillon de référence sans MoS 2 tout à fait. Ils ont préparé une plate-forme de mesure dans laquelle un gradient de température peut être appliqué, un champ magnétique appliqué, et la différence de tension provoquée par le flux de rotation qui s'ensuit surveillé. De façon intéressante, ils ont trouvé que la SSE inverse, et à son tour les performances thermoélectriques de l'ensemble de l'hétérostructure, peut être amélioré ou diminué en fonction de la taille et du type de MoS 2 utilisé. En particulier, en utilisant un MoS troué 2 multicouche entre les couches YIG et Pt a donné une augmentation de 60% de la puissance thermoélectrique par rapport à YIG/Pt seul.

Grâce à des analyses théoriques et expérimentales minutieuses, les scientifiques ont déterminé que cette augmentation marquée était causée par la promotion de deux phénomènes quantiques indépendants qui, ensemble, compte pour l'ESS inverse total. C'est ce qu'on appelle l'effet Hall de spin inverse, et l'effet Rashba-Edelstein inverse, qui produisent tous deux une accumulation de spin qui est ensuite convertie en un courant de charge. De plus, ils ont étudié comment les trous et les défauts du MoS 2 couche a altéré les propriétés magnétiques de l'hétérostructure, conduisant à une amélioration favorable de l'effet thermoélectrique. Enthousiasmé par les résultats, Lee remarque :"Notre étude est la première à prouver que les propriétés magnétiques de la couche interfaciale provoquent des fluctuations de spin à l'interface et augmentent finalement l'accumulation de spin, conduisant à une tension et une thermopuissance plus élevées du SSE inverse."

Les résultats de ces travaux représentent une pièce cruciale du puzzle de la technologie des matériaux thermoélectriques et pourraient bientôt avoir des implications dans le monde réel, comme l'explique Lee :« Nos résultats révèlent des opportunités importantes pour les récupérateurs d'énergie thermoélectrique à grande surface avec des couches intermédiaires dans le système YIG/Pt. Ils fournissent également des informations essentielles pour comprendre la physique de l'effet Rashba-Edelstein combiné et du SSE dans le transport de spin. » Il ajoute que leur plateforme de mesure SSE pourrait être d'une grande aide pour étudier d'autres types de phénomènes de transport quantique, tels que les effets Hall et Nernst entraînés par la vallée.

Espérons que la technologie thermoélectrique progresse rapidement pour que nous puissions réaliser nos rêves d'une société plus respectueuse de l'environnement !