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Quarta-feira, Maio 18, 2022

Usando um antiferroímã para dispositivos sólidos – ScienceDaily

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Forçar os elétrons a fluir perpendicularmente a um fluxo de calor requer um campo magnético externo – isso é conhecido como efeito Nernst. Em um material magnetizado permanentemente (um ferromagneto), existe um efeito Nernst anômalo (ANE) que pode gerar eletricidade a partir do calor, mesmo sem um campo magnético. O efeito Nernst anômalo é escalonado com o momento magnético do ferromagneto. Um antiferroímã, com duas sub-redes magnéticas de compensação não mostra nenhum momento magnético externo e nenhum campo magnético externo mensurável e, portanto, não deve exibir nenhum ANE. No entanto, recentemente entendemos que pelo novo conceito de topologia pode ser aplicado para alcançar grandes efeitos de Nernst em ímãs. Em particular, aprendemos que a quantidade conhecida como fase Berry está relacionada ao ANE e pode aumentá-lo muito. No entanto, o ANE em antiferromagnetos ainda é amplamente inexplorado, em parte porque o ANE não foi pensado para existir. Notavelmente, uma equipe de pesquisa conjunta do Instituto Max Planck de Física Química de Sólidos em Dresden, Alemanha, junto com colaboradores da Universidade Estadual de Ohio e da Universidade de Cincinnati, encontrou um grande efeito Nernst anômalo, maior do que é conhecido em quase todos ferromagnets em YbMnBi2, um antiferromagneto.

O ANE que foi observado é provavelmente um resultado da topologia, do alto acoplamento spin-órbita e da estrutura magnética complexa e não totalmente compensada de YbMnBi2. A estrutura de rotação inclinada em YbMnBi2 quebra a simetria de reversão de tempo e fornece uma curvatura Berry diferente de zero. Ao mesmo tempo, o grande acoplamento spin-órbita do elemento de bismuto pesado ajuda a produzir uma grande contribuição extrínseca. Com base nesta receita, uma certa classe de antiferromagnetos com uma estrutura de spin não colinear e com grande acoplamento spin-órbita pode exibir um grande efeito de Nernst anômalo. Os pesquisadores ficaram surpresos ao observar um ANE tão grande em YbMnBi2, chegando a 6 mV / K, que é um valor recorde para antiferromagnetos e tão alto quanto os valores observados anteriormente para os melhores ferromagnetos.

Para aplicações práticas, pode-se usar este novo fenômeno para fazer conversores de energia simples: um dispositivo termoelétrico transversal onde a tensão é gerada perpendicular ao fluxo de calor. O dispositivo consiste em apenas um bloco de material. Os geradores termoelétricos disponíveis comercialmente com base no efeito Seebeck são conjuntos complexos construídos a partir de pequenos blocos de materiais semicondutores do tipo n e p. Ao contrário dos ferromagnetos, que geralmente sofrem de baixa mobilidade de portadores, os antiferromagnetos também podem exibir mobilidades mais altas e, portanto, apresentam melhor condutividade elétrica. Junto com a baixa condutividade térmica, uma figura de mérito termoelétrica anômala (zT) é alcançada em YbMnBi2, que é uma ordem de magnitude maior do que a de todos os ferromagnetos conhecidos.

“Embora o valor ANE seja surpreendentemente grande e o valor zT seja muito maior do que o dos ferromagnetos, o desempenho termelétrico geral ainda precisa ser melhorado para aplicações práticas”, disse Yu Pan, líder do grupo no departamento de Química do Estado Sólido do MPI CPfS em Dresden. Ela continua, “No entanto, este estudo mostra o grande potencial dos antiferromagnetos para aplicações termoelétricas, pois eles têm um desempenho muito melhor do que os ferromagnetos. Acreditamos que nosso trabalho é apenas o início da descoberta de materiais termelétricos ainda mais interessantes no futuro.”

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Fonte da história:

Materiais fornecido por Instituto Max Planck de Física Química de Sólidos. Nota: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e comprimento.


Referência do jornal:

  1. Yu Pan, Congcong Le, Bin He, Sarah J. Watzman, Mengyu Yao, Johannes Gooth, Joseph P. Heremans, Yan Sun, Claudia Felser. Sinal de Nernst anômalo gigante no antiferroímã YbMnBi2. Materiais da Natureza, 2021; DOI: 10.1038 / s41563-021-01149-2

Cite esta página:


Instituto Max Planck de Física Química de Sólidos. “Uma nova maneira de gerar eletricidade a partir do calor residual: usando um antiferroímã para dispositivos sólidos.” ScienceDaily. ScienceDaily, 24 de novembro de 2021. .

Instituto Max Planck de Física Química de Sólidos. (2021, 24 de novembro). Uma nova maneira de gerar eletricidade a partir do calor residual: usando um antiferroímã para dispositivos sólidos. ScienceDaily. Recuperado em 27 de novembro de 2021 em www.sciencedaily.com/releases/2021/11/211124154052.htm

Instituto Max Planck de Física Química de Sólidos. “Uma nova maneira de gerar eletricidade a partir do calor residual: usando um antiferroímã para dispositivos sólidos.” ScienceDaily. www.sciencedaily.com/releases/2021/11/211124154052.htm (acessado em 27 de novembro de 2021).



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