Att applicera en temperaturgradient och en laddningsström på en elektrisk ledare leder till frigöring och absorption av värme. Detta kallas Thomson-effekten. I en första, NIMS och AIST har direkt observerat magneto-Thomson-effekten, som är den magnetfältsinducerade moduleringen av Thomson-effekten. Denna framgång kan bidra till utvecklingen av nya funktioner och teknologier för termisk energihantering och till framsteg inom grundläggande fysik och materialvetenskap för magneto-termoelektrisk omvandling.

Seebeck-effekten och Peltier-effekten har undersökts omfattande för deras tillämpning på termoelektriska omvandlingsteknologier. Tillsammans med dessa effekter, Thomson-effekten har länge varit känd som en grundläggande termoelektrisk effekt i metaller och halvledare. Även om inverkan av magnetfält och magnetism på Seebeck- och Peltier-effekterna har förståtts väl som ett resultat av många års forskning, påverkan på Thomsoneffekten är inte klarlagd eftersom den är svår att mäta och utvärdera.

Detta NIMS-ledda forskarteam observerade värmeavgivning och absorption inducerad i en elektrisk ledare genom att samtidigt skapa en temperaturgradient över den, passera en laddningsström genom gradienten, och applicering av ett magnetfält. Teamet mätte exakt temperaturförändringar i ledaren i samband med värmeavgivningen och absorptionen med hjälp av en värmedetekteringsteknik som kallas lock-in termografi. Som ett resultat, mängden värme som frigjordes och absorberades befanns vara proportionell mot både storleken på temperaturgradienten och laddningsströmmen. Dessutom, teamet observerade en kraftig förbättring av den resulterande temperaturförändringen när ett magnetfält applicerades på ledaren. De systematiska mätningarna som utfördes i denna studie visade att värmeavgivnings- och absorptionssignalerna detekterade under ett magnetfält verkligen genererades av magneto-Thomson-effekten. Denna effekt som observerades i vismut-antimonlegeringen som användes i detta experiment uppvisade mycket hög termoelektrisk omvandlingsprestanda, som kan nå nivån för termoelektrisk omvandlingsprestanda för Seebeck- och Peltier-effekterna.

Denna forskning avslöjade den grundläggande naturen hos magneto-Thomson-effekten och etablerade tekniker för att mäta och utvärdera effekten. Vi kommer att fortsätta de fysik- och materialvetenskapliga studierna om magneto-Thomson-effekten och skapa nya termoelektriska omvandlingsfunktioner baserade på denna effekt. Specifikt, vi planerar att tillämpa det på utvecklingen av termisk hanteringsteknik som kan användas för att öka effektiviteten hos elektroniska enheter. Vi hoppas också kunna observera nya fysiska fenomen som involverar interagerande värme, elektricitet, och magnetism.

Denna forskning publicerades i Fysiska granskningsbrev