Les matériaux thermoélectriques ont la capacité de générer de l'électricité lorsqu'une différence de température leur est appliquée. A l'inverse, ils peuvent également générer un gradient de température lorsqu'un courant leur est appliqué. Par conséquent, on s'attend à ce que ces matériaux trouvent une utilisation en tant que générateurs d'énergie d'appareils électroniques et refroidisseurs ou réchauffeurs d'appareils de contrôle de température. Pour développer ces applications, un matériau thermoélectrique présentant une tension thermoélectrique élevée (appelé thermopower S), même en appliquant une faible énergie thermique, est requis. Cependant, les matériaux thermoélectriques conventionnels présentent une efficacité de conversion élevée à des températures élevées, alors que seuls quelques candidats présentent des performances de conversion élevées à une température inférieure à la température ambiante.

Récemment, une équipe de chercheurs de Tokyo Tech, dirigée par le professeur associé Takayoshi Katase, a développé une nouvelle méthode pour améliorer considérablement le S à basse température. Dans un article récent publié dans Nano Letters , l'équipe a signalé une amélioration inhabituellement importante de S observée dans les structures stratifiées constituées d'un film ultra-mince de l'oxyde de métal de transition LaNiO₃ pris en sandwich entre deux couches isolantes de LaAlO₃ .

"Nous avons précisé que l'augmentation inattendue de S n'était pas causée par un phénomène thermoélectrique habituel mais par" l'effet de traînée des phonons "résultant de la forte interaction des électrons et des phonons. Si l'effet de traînée des phonons est fort, les phonons en circulation peuvent conduire le électrons pour produire une tension thermoélectrique supplémentaire lorsqu'une différence de température est appliquée. Ce phénomène n'est pas observé dans LaNiO₃ massif mais apparaît lors de la réduction de l'épaisseur de la couche de LaNiO₃ film et en le confinant entre LaAlO₃ isolant couches », a expliqué le Dr Katase.

En réduisant l'épaisseur de LaNiO₃ filme jusqu'à seulement 1 nm et prend en sandwich le film entre LaAlO₃ couches, l'équipe a pu améliorer S au moins 10 fois. Cette amélioration était observable pour une large gamme de températures jusqu'à 220 K. Les analyses expérimentales ont révélé que l'effet de traînée des phonons provenait d'une interaction électron-phonon améliorée par des électrons massifs confinés dans le LaNiO₃ couche et les phonons qui coulent s'échappant du LaAlO₃ supérieur et inférieur calques.

"Les résultats de cette étude peuvent être utilisés pour explorer de nouveaux matériaux thermoélectriques à haute performance en concevant les structures stratifiées de différents oxydes qui peuvent améliorer la production d'énergie et l'utilisation du carburant", conclut le Dr Katase. + Explorer plus loin

Problème de compromis de rupture qui limite l'efficacité de conversion thermoélectrique de la chaleur perdue