Впервые за почти два столетия физики смогли подтвердить существование загадочного явления, которое ранее существовало только в теории. Речь идет о поперечном эффекте Томсона — особом термоэлектрическом процессе, при котором можно управлять нагревом и охлаждением, просто изменяя направление магнитного поля. Исследование провели японские ученые из Университета Нагои и Токийского университета, а его результаты опубликованы в журнале Nature Physics.
Что это вообще за эффект?
В 1851 году британский физик Уильям Томсон (позднее — лорд Кельвин) описал несколько термоэлектрических эффектов, в том числе и поперечный эффект Томсона. Однако в течение 174 лет его никто не мог напрямую наблюдать, потому что он «терялся» среди других термических явлений — таких как эффекты Пельтье и Эттингсхаузена.
Теперь, благодаря тонкой экспериментальной работе и новым материалам, японским исследователям удалось впервые зафиксировать чистый сигнал этого эффекта.
«Наши эксперименты показали принципиальное отличие между обычным и поперечным эффектом Томсона. Это дает нам новый подход к технологиям терморегулирования», — говорится в статье.
Как это происходит?
Упрощенно говоря, обычные термоэлектрические устройства (например, охладители Пельтье) работают при помощи тока и температурного градиента вдоль одного направления. Поперечный эффект Томсона же позволяет изменять зоны нагрева и охлаждения, просто переключая магнитное поле, а не перезапуская ток.
В своем эксперименте ученые использовали особый сплав висмута и сурьмы — Bi₈₈Sb₁₂, обладающий сильным эффектом Нернста (один из термомагнитных эффектов, при котором в проводнике, помещенном в магнитное поле, возникает поперечное напряжение, если по нему протекает тепловой поток). Они подавали ток по пластине материала, при этом магнитное поле направляли перпендикулярно — сверху. Это создавало асимметрию, при которой одна часть пластины начинала нагреваться, а другая — охлаждаться.
Чтобы отследить тонкие изменения температуры, они применяли инфракрасную камеру и специальную методику: вычленяли только те участки изображения, где температура колебалась в ритме с током. Так удалось отделить сигнал Томсона от других побочных эффектов.
Почему это важно?
Во-первых, подтверждение теории спустя почти два века — само по себе важное событие для фундаментальной физики.
Во-вторых, это открывает новые возможности для систем охлаждения и терморегуляции, особенно в электронике и квантовых технологиях. Вместо сложных конструкций с вентиляторами или переключением тока, можно будет управлять теплом просто магнитным полем.
«Мы были удивлены тем, насколько четко можно переключать нагрев и охлаждение, просто меняя направление магнитного поля», — рассказали авторы.
Теперь исследователи хотят найти другие материалы, где этот эффект проявляется еще сильнее, чтобы сделать технологию практичной.
Российские математики решили задачу Пола Чернова, поставленную 57 лет назад
Физики запечатлели необычную квантовую фазу, которую когда-то считали невозможной
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram