במרדף אחר ניצול אנרגיה יעיל, מדענים בוחנים חומרים תרמו-אלקטריים שיכולים להפוך ביעילות חום לחשמל. סוג מסוים אחד, הנקרא מגנטים טופולוגיים, זוכה לתשומת לב רבה מכיוון שהם מציגים את אפקט Nernst החריג. באפקט Nernst החריג, מתח נוצר בניצב הן לשיפוע הטמפרטורה והן לשדה מגנטי המופעל בחומר פרומגנטי.
בעוד שחלק מהמכשירים הראו ביצועים משופרים על ידי שילוב שכבות עם סימני כוח תרמו שונים במכשירי thermopile, גישה זו דורשת בדרך כלל שימוש בחומרים שונים ושינוי תהליך הייצור.
בפריצת דרך משמעותית, קבוצת מחקר שיתופית הוכיחה את היכולת ליצור קוטביות חיוביות ושליליות גם יחד בהפקת חשמל מחום באמצעות חומר מיוחד בשם Co.3Sn2S2, ידוע בתכונות המגנט הטופולוגי שלו. פריצת דרך זו הושגה על ידי החלפת חלק מהאלמנטים בתרכובת המגנטית.
את הקבוצה הובילו פרופסור חבר קוהיי פוג'יווארה ופרופסור אטסושי צוקאזאקי מהמכון לחקר חומרים (IMR) של אוניברסיטת טוהוקו; החוקר Takamasa Hirai ומנהיג הקבוצה הנכבד Ken-ichi Uchida מהמכון הלאומי למדעי החומרים (NIMS); ופרופסור חבר יוקי ינאגי מאוניברסיטת מחוז טויאמה.
פרטים על ממצאיהם דווחו בכתב העת פיזיקת טבע בינואר 8, 2024.
"התמקדנו בפרומגנט מבוסס קובלט-פח-גופרית מכיוון שהמצב האלקטרוני הטופולוגי שלו מתאים לשלוט בקוטביות של אפקט נרנסט החריג על פי המחקר התיאורטי הקודם שלנו", קבע פוג'יווארה.
כדי לאמת את הרעיון שלהם, הצוות ביצע החלפה אלמנטרית באמצעות תהליכי הצמיחה של הסרטים הדקים, טכניקה המופעלת באופן נרחב ב סמיקונדקטור טֶכנוֹלוֹגִיָה. הם גילו שההחלפה המתאימה של ניקל ואינדיום הובילה להיפוך בסימן המתח התרמו-אלקטרי באמצעות אפנון המצב האלקטרוני הטופולוגי.
"הזמינות של רכיבי בסיס משותפים לייצור התקני תרמופיל תתרום להפחתת המשאבים והעלויות. הרעיון שלנו יחול על מגנטים טופולוגיים אחרים ויאיץ את הפיתוח של חומרים מגנטו-תרמו-אלקטריים מעולים", מוסיף פוג'יווארה.