ในการแสวงหาการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ นักวิทยาศาสตร์กำลังมองหาวัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกที่สามารถเปลี่ยนความร้อนเป็นไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ ประเภทเฉพาะชนิดหนึ่งที่เรียกว่าแม่เหล็กทอพอโลยีกำลังได้รับความสนใจอย่างมากเนื่องจากพวกมันแสดงเอฟเฟกต์ Nernst ที่ผิดปกติ ในปรากฏการณ์ Nernst ที่ผิดปกติ แรงดันไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นในแนวตั้งฉากกับทั้งการไล่ระดับอุณหภูมิและสนามแม่เหล็กที่ใช้ในวัสดุเฟอร์โรแมกเนติก
แม้ว่าอุปกรณ์บางตัวจะแสดงประสิทธิภาพที่ดีขึ้นโดยการรวมเลเยอร์เข้ากับสัญญาณเทอร์โมพาวเวอร์ที่แตกต่างกันในอุปกรณ์เทอร์โมไพล์ แต่โดยทั่วไปแนวทางนี้ต้องใช้วัสดุที่แตกต่างกันและการเปลี่ยนแปลงกระบวนการผลิต
ในความก้าวหน้าครั้งสำคัญ กลุ่มวิจัยร่วมได้แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการสร้างขั้วบวกและขั้วลบในการผลิตไฟฟ้าจากความร้อนโดยใช้วัสดุพิเศษที่เรียกว่า Co3Sn2S2ซึ่งเป็นที่รู้จักในด้านคุณสมบัติแม่เหล็กทอพอโลยี ความก้าวหน้านี้เกิดขึ้นได้โดยการสลับองค์ประกอบบางอย่างในสารประกอบแม่เหล็ก
กลุ่มนี้นำโดยรองศาสตราจารย์ Kohei Fujiwara และศาสตราจารย์ Atsushi Tsukazaki จากสถาบันวิจัยวัสดุแห่งมหาวิทยาลัย Tohoku (IMR); นักวิจัย Takamasa Hirai และผู้นำกลุ่มที่โดดเด่น Ken-ichi Uchida จากสถาบันวัสดุศาสตร์แห่งชาติ (NIMS); และรองศาสตราจารย์ ยูกิ ยานางิ จากมหาวิทยาลัยเขตการปกครองโทยามะ
รายละเอียดการค้นพบของพวกเขาได้รับการรายงานในวารสาร ฟิสิกส์ธรรมชาติ ในเดือนมกราคม 8, 2024
“เรามุ่งเน้นไปที่เฟอร์โรแมกเนติกที่ใช้โคบอลต์ ดีบุก ซัลเฟอร์ เนื่องจากสถานะทางอิเล็กทรอนิกส์เชิงทอพอโลยีของมันเหมาะสมที่จะควบคุมขั้วของเอฟเฟกต์ Nernst ที่ผิดปกติ ตามการศึกษาทางทฤษฎีก่อนหน้านี้ของเรา” Fujiwara กล่าว
เพื่อตรวจสอบแนวคิดของพวกเขา ทีมงานได้ดำเนินการทดแทนองค์ประกอบผ่านกระบวนการเจริญเติบโตของฟิล์มบาง ซึ่งเป็นเทคนิคที่ใช้กันอย่างแพร่หลายใน สารกึ่งตัวนำ เทคโนโลยี. พวกเขาค้นพบว่าการทดแทนนิกเกิลและอินเดียมอย่างเหมาะสมทำให้เกิดการกลับรายการของแรงดันไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกโดยการปรับสถานะอิเล็กทรอนิกส์ทอพอโลยี
“ความพร้อมขององค์ประกอบพื้นฐานทั่วไปสำหรับการผลิตอุปกรณ์เทอร์โมไพล์จะช่วยลดทรัพยากรและต้นทุนได้ แนวคิดของเราจะนำไปใช้กับแม่เหล็กทอพอโลยีอื่นๆ และเร่งการพัฒนาวัสดุแมกนีโต-เทอร์โมอิเล็กทริกที่เหนือกว่า” ฟูจิวาระกล่าวเสริม