Исследователи из Университета Осаки смогли повысить коэффициент мощности термоэлектрического материала более чем на 100%, изменяя давление. Это открывает путь к разработке новых материалов и повышению эффективности преобразования избыточного тепла в электроэнергию.
В своей работе команда также доказала прямую связь между переходом Лифшица и физическими свойствами в термоэлектрическом материале. Ученые давно предполагали, что этот переход играет решающую роль во многих квантовых явлениях, таких как сверхпроводимость и сложный магнетизм, но им не хватало прямых доказательств.
Японские исследователи изучали селенид олова (SnSe), перспективный термоэлектрический материал, который также является полупроводником с небольшим количеством проводящих носителей. При приложении давления до 1,6 ГПа они наблюдали увеличение коэффициента термоэлектрической мощности более чем на 100% в широком диапазоне температур (10–300 К). Кроме того, высокая подвижность носителей позволяет обнаруживать квантовые колебания удельного сопротивления, ∼ 0,86 ГПа.
В полупроводниках валентная зона с более низкой энергией заполнена электронами, тогда как зона проводимости с более высокой энергией пуста. Однако при появлении некоторых примесей и/или химических дефектов, проводящие носители вводятся в виде электронов и дырок, поэтому полупроводник начинает вести себя как проводник.
Помимо влияния на свойства электропроводности материала, зонная структура также обуславливает квантовые явления, такие как термоэлектрическая способность. Валентные зоны селенида олова не являются полностью плоскими, и обычно имеют две впадины.
При увеличении давления, команда наблюдала увеличение с двух до четырех впадин в материале, в момент переход Лифшица. Исследователи смогли показать как экспериментально, так и теоретически, что это изменение было напрямую связано со значительным улучшением термоэлектрических свойств селенида олова.
Открытие позволит усовершенствовать термоэлектрические материалы, а также лучше изучить свойства перехода Лифшица и применять его в новой электронике.
Исследователи продолжают открывать новые уникальные особенности природных материалов. Недавно команда инженеров превратила кусок древесины в гибкую мембрану, которая преобразует тепловую энергию в электричество, даже при незначительных перепадах температуры.