科學(xué)家將“自旋塞貝克效應(yīng)”放大千倍

   中國科技網(wǎng)訊 熱電循環(huán)需通過“塞貝克效應(yīng)”來產(chǎn)生熱，據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)7月11日報道，俄亥俄大學(xué)找到了一種新方法，能將“自旋塞貝克效應(yīng)”放大1000倍，將其向?qū)嶋H應(yīng)用推進(jìn)了一大步。該研究有助于熱電循環(huán)的實(shí)現(xiàn)，從而最終有望開發(fā)出新型熱電發(fā)動機(jī)，還可用于計算機(jī)制冷。相關(guān)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(shè)備循環(huán)利用自身產(chǎn)生的部分廢熱，將廢熱轉(zhuǎn)化成電。根據(jù)“塞貝克效應(yīng)”，當(dāng)導(dǎo)體被放在一個溫度梯度中時，會產(chǎn)生電壓使熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋６?008年日本發(fā)現(xiàn)了“自旋塞貝克效應(yīng)”，即在磁性材料中，自旋電子會產(chǎn)生電流使材料接點(diǎn)產(chǎn)生電壓。這以后，許多科學(xué)家都在試圖利用自旋電子學(xué)來研發(fā)讀寫數(shù)據(jù)的新型電子設(shè)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(yīng)”產(chǎn)生的電壓一般非常小。

    目前新方法是將此效應(yīng)放大為“巨自旋塞貝克效應(yīng)”。研究人員利用銻化銦及其他元素?fù)诫s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(dāng)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(biāo)準(zhǔn)“自旋塞貝克效應(yīng)”產(chǎn)生的最高電壓，且功率提高了近百萬倍。

    俄亥俄大學(xué)物理學(xué)與機(jī)械工程教授約瑟夫·海爾曼斯說，科學(xué)家認(rèn)為熱是由振動量子所組成，他們能在半導(dǎo)體內(nèi)部引發(fā)強(qiáng)大的振動量子流，在流過材料時撞擊電子使電子向前運(yùn)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(zhuǎn)前進(jìn)。

    以往人們只在磁性半導(dǎo)體和金屬中發(fā)現(xiàn)過“自旋塞貝克效應(yīng)”，而此次“成功的關(guān)鍵是選擇材料，”該校材料科學(xué)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(shí)驗(yàn)的不足之處，他們還在進(jìn)一步研究其他材料。

    海爾曼斯表示，其最終目標(biāo)是開發(fā)出一種低成本高效率將熱轉(zhuǎn)化為電能的固態(tài)發(fā)動機(jī)。這些發(fā)動機(jī)沒有運(yùn)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(jī)。17世紀(jì)我們有了蒸汽機(jī)，18世紀(jì)有了燃?xì)鈾C(jī)，19世紀(jì)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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