Termoelektrisk kylning är en kylprocess i fast tillstånd där värmen i ett elektriskt ledande material överförs med hjälp av materialets egna ledningselektroner utan behov av de gasformiga kylmedlen, såsom klorfluorkolväten, som används vid konventionell kylning. Kylare baserade på termoelektrisk teknik kan skalas ned i storlek utan att ändra deras termiska till elektriska energiomvandlingseffektivitet och detta är en stor fördel för lokal kylning av små elektroniska enheter. Denna effekt används redan för temperaturkontroll i enheter som infraröda sensorer och laserdioder, och har också använts för att tillhandahålla lågtemperaturkylning för kryogena elektroniska enheter som supraledande sensorer.

Dock, bristen på material med lämplig termoelektrisk verkningsgrad för praktiska kylapplikationer vid temperaturer under 250 K (ungefär −23 ° C) har drivit forskare vid Nagoya University att titta på effektiviteten av nya föreningar för verkligt lågtemperaturapplikationer.

"Vi studerade de termoelektriska egenskaperna hos morrhårsliknande kristaller sammansatta av en förening av tantal, kisel och tellur, "säger motsvarande författare Yoshihiko Okamoto från Nagoya Universitys institution för tillämpad fysik." Dessa kristaller producerade mycket höga termoelektriska krafter över ett brett temperaturintervall, från den kryogena nivån på 50 K (vilket är runt −223 ° C) upp till rumstemperatur, men behöll fortfarande den låga elektriska resistiviteten som behövs för praktiska kylapplikationer. "Proverna som odlades för experimenten inkluderade ren Ta4SiTe4 och andra kristaller som var kemiskt dopade med låga molybdenhalter och antimon.

Olika materialegenskaper mättes för proverna, inklusive termoelektrisk effekt, elektrisk resistans, och värmeledningsförmåga, att jämföra effekterna av de två dopningsmedlen på deras termoelektriska egenskaper. "Vi mätte en mycket hög termoelektrisk effektfaktor vid en optimal temperatur på 130 K, "tillägger Okamoto." Men denna optimala temperatur kan kontrolleras över ett mycket brett intervall genom att variera den kemiska dopningen, och indikerar att dessa kristaller är lämpliga för praktisk användning vid låg temperatur. "

Tillsats av så lite som 0,1 procent molybden-dopning orsakade att resistiviteten hos telluridtypkristallerna minskade dramatiskt vid låga temperaturer, medan de också visade höga termoelektriska krafter som var nära besläktade med materialens starkt endimensionella elektroniska strukturer. Kristallernas effektfaktorer vid rumstemperatur översteg kraftigt motsvarande värden för de konventionella Bi2Te3-baserade legeringarna som vanligtvis används i termoelektriska applikationer, och dessa kristaller representerar således en mycket lovande väg mot utveckling av högpresterande termoelektriska kyllösningar vid mycket låga temperaturer.