Уперше у світі: вчені видобувають електрику з тепла вельми незвичайним способом

Дослідники з Токійського університету природничих наук продемонстрували поперечне термоелектричне перетворення у WSi2, відкриваючи шлях до створення більш ефективних термоелектричних пристроїв. Про це пише Interesting Engineering.

Дослідження включало проведення експериментальних і обчислювальних досліджень транспортних властивостей монокристалів WSi2, також відомих як дисиліцид вольфраму.

Дослідники проаналізували властивості монокристалів за допомогою комбінації фізичних експериментів і комп'ютерного моделювання. Вони виміряли термоеДС, електричний опір і теплопровідність монокристала WSi2 уздовж двох його кристалографічних осей за низьких температур.

Висновки показали, що полярність провідності, яка залежить від осі WSi2, випливає з його унікальної електронної структури, що характеризується змішаними розмірними поверхнями Фермі.

Ця структура показує, що електрони і дірки (позитивні носії заряду) існують у різних вимірах. Поверхня Фермі — це теоретична геометрична поверхня, яка розділяє зайняті та незайняті електронні стани носіїв заряду всередині твердого матеріалу.

У WSi2 електрони утворюють квазіодновимірні поверхні Фермі, а дірки — квазідвовимірні поверхні Фермі. Ці унікальні поверхні Фермі створюють провідність, залежну від напрямку, що забезпечує ефект TTE.

Щоб продемонструвати поперечний термоелектричний ефект, дослідники застосували градієнт температури під кутом 45 градусів до кристалографічної осі.

Дослідники спостерігали сильно залежні від зразка транспортні властивості, які також спостерігалися в попередніх дослідженнях, і разом із розрахунками з перших принципів вони показують, що такі залежні від зразка транспортні властивості виникають із залежних від зони швидкостей розсіювання носіїв.

Розрахована дозволена за зоною провідність показує, що змішана розмірна електронна структура, яка складається з квазіодновимірної електронної поверхні Фермі та квазідвумерної діркової поверхні, є ключовою властивістю для полярності провідності, яка залежить від осі, згідно з дослідженням.

У дослідженні вчені зазначили, що вони спостерігали відмінності в тому, як ці носії заряду проводять електрику від зразка до зразка, що узгоджується з результатами попередніх досліджень.

Використовуючи моделювання, засноване на перших принципах, дослідники показали, що ці зміни були викликані відмінностями в тому, як носії заряду розсіюються через недосконалості структури кристалічної решітки WSi2.

Раніше ми писали, що стічні води можуть принести несподівану користь. Нова технологія дає змогу використовувати тепло зі стічних вод, щоб нагрівати чисту воду в душах, кранах, а також пральних і посудомийних машинах