Исследовательские группы в Японии и США, такие как Токийский университет, объявили, что они обнаружили, что тепло может генерировать электричество, используя «ядерный спин», который является свойством атомных ядер вращаться. Это явление, известное как электронный спин, но оно характеризуется ядерным спином, возникающим при сверхнизких температурах около абсолютного нуля. В то же время, открывая новый горизонт физических свойств, он может быть использован в энергетическом поле в будущем.
Когда тепло применяется к металлам и полупроводникам, создается разница температур, текут электроны и генерируется электричество. И наоборот, тепло можно вырабатывать и за счет электричества. Такое явление в совокупности называется «термоэлектрическое преобразование», и ожидается, что его можно будет использовать в качестве энергии, генерируя электричество из тепла выхлопных газов.
Концептуальная диаграмма спинового тока электронного спина. Из за спиновых колебаний генерируется ток вращения
Спин - это свойство вращения электронов и ядер атомов. Природа магнитов происходит от спина электронов. Подобно тому, как поток электронов представляет собой электрический ток, существует также «спиновой поток» в спине. «Колебание» спинов передается один за другим соседним спинам, и возникает спиновой ток.
Электричество также генерируется термоэлектрическим преобразованием из спинового тока электронов. Он имеет такие преимущества, как простое управление с помощью магнитного поля, а исследования и приложения продолжаются. Однако он ограничивается высокими температурами, и при понижении температуры эффект резко уменьшается и исчезает.
Концептуальная схема эксперимента, в котором электричество (напряжение) генерировалось ядерным вращением
В этих условиях исследовательская группа провела эксперименты, чтобы подтвердить, происходит ли термоэлектрическое преобразование в ядерных спинах, что до сих пор не было замечено. Нагревание применялось к образцу, в котором пленка платины (Pt) была нанесена на карбонат марганца (MnCO 3 ). В результате из-за флуктуаций ядерного спина марганца на границе между карбонатом марганца и платиной генерировался спиновой ток, и электричество было успешно обнаружено. Электричество вырабатывается ниже минус 253 градуса. Он увеличился до минус 273,05 градуса, что близко к абсолютному нулю (минус 273,15 градуса). Более того, было достаточно даже сильного магнитного поля в 14 Тесла.
Этот «эффект Зеебека ядерного спина» был открыт в переломный момент в 1821г, когда был открыт «эффект Зеебека», при котором электричество генерируется разницей температур объекта. Энергия флуктуаций ядерных спинов значительно меньше, чем энергия электронных спинов, и они продолжают колебаться почти до абсолютного нуля. Это свойство представляет собой живую форму термоэлектрического преобразования.
Экспериментальный результат. График слева показывает, что электричество увеличивалось почти до абсолютного нуля при понижении температуры, а график справа показывает, что электричество генерировалось даже в сильном магнитном поле
Доцент Такаши Йошикава (спинтроника) из Высшей школы инженерии Токийского университета сказал: «Две области исследований ядерного спина и термоэлектрического преобразования были связаны, чтобы открыть начало« ядерной спиновой термоэлектрической науки ». Никто так не подумал. Это можно сделать. Ядерный спин использовался в качестве аналитического инструмента в технологиях ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и ядерной магнитно-резонансной томографии (МРТ) и привлекает внимание в технологии квантовых компьютеров. достижение дало нам возможность использовать его для утилизации тепла в низкотемпературном диапазоне ».
Исследовательская группа состоит из Токийского университета, Университета Тохоку, Университета Иватэ и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Результаты были опубликованы в английском научном журнале «Nature Communications» 16 июля, а 26-го объявлены Токийским университетом и другими организациями. Исследование было поддержано Проектом по продвижению стратегических творческих исследований Японского агентства науки и технологий (JST) и грантом на научные исследования Японского общества содействия науке.