Dalam mengejar penggunaan tenaga yang cekap, saintis sedang mengkaji bahan termoelektrik yang boleh menukar haba menjadi elektrik dengan cekap. Satu jenis khusus, dipanggil magnet topologi, mendapat banyak perhatian kerana ia mempamerkan kesan Nernst anomali. Dalam kesan Nernst anomali, voltan dijana berserenjang dengan kedua-dua kecerunan suhu dan medan magnet yang digunakan dalam bahan feromagnetik.
Walaupun sesetengah peranti telah menunjukkan prestasi yang lebih baik dengan menggabungkan lapisan dengan tanda kuasa termo berbeza dalam peranti termopile, pendekatan ini secara amnya memerlukan penggunaan bahan yang berbeza dan mengubah proses pembuatan.
Dalam satu kejayaan yang ketara, kumpulan penyelidikan kolaboratif telah menunjukkan keupayaan untuk mencipta kedua-dua polariti positif dan negatif dalam menjana elektrik daripada haba menggunakan bahan khas yang dipanggil Co3Sn2S2, terkenal dengan sifat magnet topologinya. Kejayaan ini dicapai dengan hanya menukar beberapa unsur dalam sebatian magnet.
Kumpulan itu diketuai oleh Profesor Madya Kohei Fujiwara dan Profesor Atsushi Tsukazaki dari Institut Penyelidikan Bahan (IMR) Universiti Tohoku; Penyelidik Takamasa Hirai dan Ketua Kumpulan Terhormat Ken-ichi Uchida dari Institut Sains Bahan Kebangsaan (NIMS); dan Profesor Madya Yuki Yanagi dari Toyama Prefectural University.
Butiran penemuan mereka dilaporkan dalam jurnal Fizik Alam pada Januari 8, 2024.
"Kami memberi tumpuan kepada ferromagnet berasaskan kobalt-timah-sulfur kerana keadaan elektronik topologinya sesuai untuk mengawal kekutuban kesan Nernst anomali mengikut kajian teori kami sebelum ini," kata Fujiwara.
Untuk mengesahkan konsep mereka, pasukan menjalankan penggantian unsur melalui proses pertumbuhan filem nipis, teknik yang digunakan secara meluas dalam semikonduktor teknologi. Mereka mendapati bahawa penggantian nikel dan indium yang sesuai membawa kepada pembalikan dalam tanda voltan termoelektrik melalui modulasi keadaan elektronik topologi.
“Ketersediaan elemen asas biasa untuk fabrikasi peranti termopile akan menyumbang kepada pengurangan sumber dan kos. Konsep kami akan digunakan pada magnet topologi lain dan mempercepatkan pembangunan bahan magneto-termoelektrik yang unggul,” tambah Fujiwara.