Топологические полуметаллы могут создавать значительный поперечный термоэлектрический эффект

Эффект Зеебека сталкивается с несколькими фундаментальными ограничениями, препятствующими его эффективности термоэлектрического преобразования.

Эффективность термоэлектрического преобразования конкретного материала определяется величиной его термоэлектрической эффективности zT. Это сложная функция абсолютной температуры и нескольких соответствующих свойств переноса, включая коэффициент Зеебека, электрическую и теплопроводность. Эти величины обычно измеряются параллельно друг другу, отражая продольный термоэлектрический эффект.

Поперечный термоэлектрический эффект

Оптимизация zT в обычных термоэлектрических материалах соответствует строгим ограничениям. Например, это происходит из-за компенсации заряда электронов и дырок, которые вносят противоположный вклад в эффект Зеебека. Другим является закон Видемана-Франца, который фундаментально связывает электропроводность и теплопроводность, делая невозможной независимую оптимизацию двух величин.

Недавняя статья Дж. С. Сяна и др., опубликованная в Sci. China-Phys. Mech. Astron., продемонстрировала гораздо больший поперечный термоэлектрический эффект в топологическом полуметалле в слабых магнитных полях относительно его продольного аналога. Эффект напоминает гораздо большую поперечную (холловскую) проводимость по сравнению с ее продольным аналогом, которая обычно наблюдается во многих топологических полуметаллах в слабых полях.

Большие поперечные значения zT в топологическом полуметалле очень полезны из-за некоторых присущих ему особенностей. К ним относятся сосуществование электронов и дырок, которые в случае поперечного термоэлектричества будут вносить аддитивный вклад друг в друга, и топологически защищенная высокая подвижность заряда в значительной степени свободная от несовершенства решетки. На самом деле полуметалл Дирака Cd3As2, который рассматривается в этой статье, обладает очень высокой подвижностью электронов, несмотря на свою незначительную решеточную теплопроводность по этой причине.

Более интересно то, что топологические полуметаллы могут иметь избыточный поперечный термоэлектрический эффект, известный как аномальный эффект Нернста, возникающий из-за выраженной кривизны Берри вблизи уровня Ферми. Кроме того, если рассмотреть магнитный топологический полуметалл, большое поперечное термоэлектричество появится в отсутствие внешнего поля.

Согласно статье, поперечный термоэлектрический эффект имеет некоторые дополнительные преимущества по сравнению с его продольным аналогом: он не требует двух (n и p) типов термоэлектрического материала для создания одного устройства, поскольку электрические и тепловые токи в этом случае ортогональны и развязаны; Высокая электропроводность и низкая теплопроводность могут быть легко реализованы с помощью анизотропного соединения. опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet