科學家將“自旋塞貝克效應”放大千倍

   中國科技網訊 熱電循環(huán)需通過“塞貝克效應”來產生熱，據(jù)物理學家組織網7月11日報道，俄亥俄大學找到了一種新方法，能將“自旋塞貝克效應”放大1000倍，將其向實際應用推進了一大步。該研究有助于熱電循環(huán)的實現(xiàn)，從而最終有望開發(fā)出新型熱電發(fā)動機，還可用于計算機制冷。相關論文發(fā)表在本周出版的《自然》雜志上。

    熱電循環(huán)是電子設備循環(huán)利用自身產生的部分廢熱，將廢熱轉化成電。根據(jù)“塞貝克效應”，當導體被放在一個溫度梯度中時，會產生電壓使熱能轉變?yōu)殡娔堋６?008年日本發(fā)現(xiàn)了“自旋塞貝克效應”，即在磁性材料中，自旋電子會產生電流使材料接點產生電壓。這以后，許多科學家都在試圖利用自旋電子學來研發(fā)讀寫數(shù)據(jù)的新型電子設備，以便在更少空間、更低能耗的條件下更安全地存儲更多數(shù)據(jù)。但這種“自旋塞貝克效應”產生的電壓一般非常小。

    目前新方法是將此效應放大為“巨自旋塞貝克效應”。研究人員利用銻化銦及其他元素摻雜制成所需材料，并將溫度降低到零下253℃至零下271℃附近，外加3特斯拉磁場。當他們將材料一面加熱使其升高1℃時，在另一面檢測到電壓為8毫伏，得到比以往的5微伏高三個數(shù)量級的電流，是迄今為止通過標準“自旋塞貝克效應”產生的最高電壓，且功率提高了近百萬倍。

    俄亥俄大學物理學與機械工程教授約瑟夫·海爾曼斯說，科學家認為熱是由振動量子所組成，他們能在半導體內部引發(fā)強大的振動量子流，在流過材料時撞擊電子使電子向前運動。而由于材料中原子使電子自旋，電子最終就像槍管中的子彈那樣旋轉前進。

    以往人們只在磁性半導體和金屬中發(fā)現(xiàn)過“自旋塞貝克效應”，而此次“成功的關鍵是選擇材料，”該校材料科學與工程夫教授羅伯托·梅爾斯說，但由于材料是非磁性的，還需要外加電場和低溫環(huán)境，這是實驗的不足之處，他們還在進一步研究其他材料。

    海爾曼斯表示，其最終目標是開發(fā)出一種低成本高效率將熱轉化為電能的固態(tài)發(fā)動機。這些發(fā)動機沒有運動部分，不會磨損，可靠性幾乎是無限的。“這是真正的新一代熱電發(fā)動機。17世紀我們有了蒸汽機，18世紀有了燃氣機，19世紀有了第一個熱電材料，而現(xiàn)在我們正要用磁來做同樣的事。”（常麗君）  

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