Înțelegerea transportului rotațional în dispozitivele termoelectrice

Materialele termoelectrice vor permite conversia eficientă a deșeurilor de căldură industriale în energie electrică. Dar pentru a crea materiale termoelectrice eficiente, trebuie să le înțelegeți bine fizica care stă la baza lor. Credit: Macrovector la Freepik

Oamenii de știință aruncă lumina asupra modului în care proprietățile magnetice ale straturilor interstrat 2D pot spori efectele acumulării de rotație asupra heterostructurilor termoelectrice.

Materialele termoelectrice de centrifugare sunt o zonă de cercetare activă datorită posibilelor lor aplicații în colectoarele de energie termică. Cu toate acestea, fizica care stă la baza efectelor straturilor intercalate în aceste materiale asupra fenomenelor de transport rotațional nu este clară. Într-un studiu recent, oamenii de știință de la Universitatea din Chung-Ang, Coreea, au aruncat lumină asupra acestui subiect folosind o platformă nou dezvoltată pentru a măsura efectul de rotație Seebeck. Descoperirile lor deschid calea către materiale termoelectrice cu suprafețe mari cu proprietăți îmbunătățite.

Materialele termoelectrice, care pot genera o tensiune electrică în prezența unei diferențe de temperatură, sunt în prezent o zonă de cercetare intensă; tehnologia de colectare a energiei termoelectrice este unul dintre cele mai bune eforturi ale noastre de a reduce în mod semnificativ utilizarea combustibililor fosili și de a ajuta la prevenirea unei crize energetice globale. Cu toate acestea, există mai multe tipuri de mecanisme termoelectrice, dintre care unele sunt mai puțin înțelese în ciuda eforturilor recente. Un studiu recent realizat de oamenii de știință coreeni își propune să umple un gol în acest tip de cunoștințe. Continuați să citiți pentru a înțelege cum.

Unul dintre aceste mecanisme menționate mai sus este efectul Seebeck (SSE), care a fost descoperit în 2008 de o echipă de cercetare condusă de profesorul Eiji Saitoh de la Universitatea din Tokyo, Japonia. SSE este un fenomen în care o diferență de temperatură între un material nemagnetic și un material feromagnetic creează un flux de rotații. În scopul recoltării energiei termoelectrice, SSE inversă este deosebit de importantă. În anumite heterostructuri, cum ar fi granatul de fier cu itriu-platină (YIG / Pt), fluxul de rotație generat de o diferență de temperatură este transformat într-un curent încărcat electric, care oferă o modalitate de a genera electricitate din SSE invers.

Deoarece această conversie încărcare-încărcare este relativ ineficientă în majoritatea materialelor cunoscute, cercetătorii au încercat să introducă un strat atomic subțire de disulfură de molibden (MoS2) între straturile YIG și Pt. Deși această abordare a dus la o conversie îmbunătățită, mecanismele care stau la baza rolului 2D MoS2 stratul din transportul de rotație rămâne evaziv.

Pentru a soluționa această lipsă de cunoștințe, profesorul Sang-Kwon Lee de la Departamentul de Fizică al Universității Chung-Ang, Coreea, a condus recent un studiu aprofundat pe această temă, care a fost publicat în Nano Carduri. Mai mulți colegi de la Universitatea Chung-Ang, precum și profesorul Saitoh, au participat la un efort de a înțelege efectul 2D MoD.2 asupra puterii termoelectrice a YIG / Pt.

În acest scop, oamenii de știință au pregătit două YIG / MoS2Eșantioane Pt cu alte morfologii decât MoS2 strat, precum și un eșantion de referință fără MoS2 ca un intreg, per total. Au pregătit o platformă de măsurare pe care poate fi aplicat un gradient de temperatură, un câmp magnetic aplicat și diferența de tensiune cauzată de fluxul de debit rezultat poate fi controlată. Interesant este că au descoperit că SSE invers și, la rândul său, performanța termoelectrică a întregii heterostructuri, poate fi îmbunătățit sau scăzut în funcție de dimensiunea și tipul MoS.2 folosit. În special, folosind o gaură MoS2 multistratul dintre straturile YIG și Pt a produs o creștere cu 60% a puterii termoelectrice comparativ cu YIG / Pt singur.

Prin analize teoretice și experimentale atente, oamenii de știință au stabilit că această creștere marcată a fost cauzată de promovarea a două fenomene cuantice independente care, împreună, reprezintă SSE invers total. Se numesc efecte de rotație inversă Hall și efecte inverse Rashba – Edelstein, care produc o acumulare de rotație care apoi devine un curent de încărcare. În plus, au investigat cum au fost găsite găurile și defectele MoS2 stratul a modificat proprietățile magnetice ale heterostructurii, ceea ce a determinat o îmbunătățire favorabilă a efectului termoelectric. Emoționat de rezultate, Lee remarcă: „Studiul nostru este primul care arată că proprietățile magnetice ale stratului interfacial determină fluctuații de rotație la interfață și, în cele din urmă, măresc acumularea rotației, ducând la o tensiune și la o putere termoelectrică mai mare a inversului. SSE “.

Rezultatele acestei lucrări reprezintă o piesă crucială în puzzle-ul tehnologiei materialelor termoelectrice și ar putea avea în curând implicații în lumea reală, așa cum explică Lee: „Descoperirile noastre dezvăluie oportunități importante pentru colectoarele de energie termoelectrică de suprafețe mari cu straturi intermediare în YIG / Sistem Pt. De asemenea, oferă informații esențiale pentru înțelegerea fizicii efectului combinat Rashba-Edelstein și SSE în transportul rotațional. El adaugă că platforma sa de măsurare SSE ar putea fi de mare ajutor în investigarea altor tipuri de fenomene de transport cuantic, cum ar fi efectele Hall-driven și Nernst.

Sperăm că tehnologia termoelectrică va progresa rapid, astfel încât să ne putem realiza visele unei societăți mai ecologice.

Referință: „Spin Seebeck Thermopower îmbunătățit în MoS Pt / Holey2/ Eu3Credinţă5EL12 Structură hibridă ”de Won-Yong Lee, No-Won Park, Gil-Sung Kim, Min-Sung Kang, Jae Won Choi, Kwang-Yong Choi, Ho Won Jang, Eiji Saitoh și Sang-Kwon Lee, 4 decembrie 2020, Nano Carduri.
DOI: 10.1021 / acs.nanolett.0c03499

Despre Universitatea Chung-Ang

Universitatea Chung-Ang este o universitate privată cu drepturi depline situată în Seul, Coreea de Sud. A început ca grădiniță în 1918 și a obținut statutul de universitate în 1953. Este pe deplin acreditată de Ministerul Coreean al Educației. Universitatea Chung-Ang desfășoară activități de cercetare sub deviza „Justiție și adevăr”. Noua sa viziune de a împlini 100 de ani este „Liderul creativ global”. Universitatea Chung-Ang oferă programe de licență, absolvire și doctorat, care includ o facultate de drept, un program de management și o școală medicală; are 16 școli universitare și postuniversitare fiecare. Programele de cultură și arte ale Universității Chung-Ang sunt considerate cele mai bune din Coreea.

Despre profesorul Sang-Kwon Lee

Dr. Sang-Kwon Lee a obținut un doctorat în inginerie electronică la Institutul Regal de Tehnologie din Suedia, în 2002. A fost numit apoi profesor asistent în cadrul Departamentului de Știință și Tehnologie a Semiconductorilor de la Universitatea Națională Chonbuk, Coreea, în 2002 și ulterior s-a alăturat Departamentului de Fizică de la Universitatea Chung-Ang în 2013 ca profesor. În prezent este responsabil cu predarea fizicii moderne și fizicii matematice la Universitatea Chung-Ang. Interesele sale de cercetare se învârt în principal în jurul fizicii în stare solidă, cum ar fi dezvoltarea și modelarea de materiale și dispozitive termoelectrice la scară largă. Lucrează în nanobiotecnologie, cum ar fi senzorii nanobiologici cu semiconductori și caracterizarea celulelor canceroase folosind dispozitive precum nanofire, microfluide și sisteme microelectromecanice. În prezent, el este interesat să lucreze la efecte legate de vale, cum ar fi efectul Valley-Nernst, efectul Valley-Hall și câteva noi efecte Seebeck pentru aplicații de colectare a energiei în laboratorul său de cercetare în domeniul transporturilor. Cuantitatea Universității Chung-Ang. Are peste 140 de publicații pe numele său.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Un model agresiv bazat pe piață pentru dezvoltarea energiei de cuplare

Conceptul ARC Fusion Pilot Plant a fost dezvoltat la MIT ca o demonstrație a potențialului magneților supraconductori de temperatură înaltă de a reduce costurile...

Sug este mai important în cercetare decât potrivirea corectă a măștilor de față COVID

O echipă de cercetători care studiază eficacitatea diferitelor tipuri de măști de față a constatat că este cea mai bună protecție împotriva acesteia COVID-19,...

ADN origami folosit pentru monitorizarea direcționării genelor CRISPR

Imagine cu microscopie electronică a brațelor rotorului ADN origami, „L” portocaliu slab atașat la particulele de culoare mov. Credit: Imagine datorită Julene Madariaga...

Tatuaje inteligente OLED: inginerii creează tatuaje care emit lumină

Echipamente pentru tatuaje OLED. Credit: Barsotti - Institutul italian de tehnologie Oamenii de știință de la UCL și IIT -Istituto Italiano di Tecnologia (Institutul...

Modelele lui Moiré facilitează descoperirea unor faze izolatoare noi neașteptate

Formarea modelului moire de către doi faguri în fagure. Credit: Microwave Nano-Electronics Lab, UC Riverside Un studiu condus de UC Riverside a observat faze...

Newsletter

Subscribe to stay updated.