Ny forskning har visat att en magnetisk uranförening kan ha starka termoelektriska egenskaper, genererar fyra gånger den tvärgående spänningen från värme än det tidigare rekordet i en kobolt-mangan-galliumförening. Resultatet låser upp en ny potential för aktinidelementen längst ner i det periodiska systemet och pekar på en ny riktning i forskning om topologiska kvantmaterial.

"Vi fann att den stora spin-omloppskopplingen och starka elektroniska korrelationer i ett system av uran-kobolt-aluminium dopat med rutenium resulterade i en kolossal onormal Nernst-konduktivitet, sa Filip Rönning, ledande utredare på tidningen som publicerades idag i Vetenskapliga framsteg . Ronning är chef för Institutet för materialvetenskap vid Los Alamos National Laboratory. "Det illustrerar att uran och aktinidlegeringar är lovande material för att studera samspelet mellan ett material topologi och starka elektronkorrelationer. Vi är mycket intresserade av att förstå, ställa in och så småningom kontrollera detta samspel, så förhoppningsvis en dag kan vi utnyttja några av dessa anmärkningsvärda svar."

Nernst-svaret uppstår när ett material omvandlar ett värmeflöde till en elektrisk spänning. Detta termoelektriska fenomen kan utnyttjas i enheter som genererar elektricitet från en värmekälla. Det mest anmärkningsvärda nuvarande exemplet är de radioisotop termoelektriska generatorerna (RTGs) som delvis utvecklades i Los Alamos. RTG:er använder värme från det naturliga radioaktiva sönderfallet av plutonium-238 för att generera elektricitet - en sådan RTG driver för närvarande Perseverance-rovern på Mars.

"Det som är spännande är att denna kolossala anomala Nernst-effekt verkar bero på materialets rika topologi. Denna topologi skapas av en stor spin-orbit-koppling, som är vanligt i aktinider, ", sa Ronning. "En konsekvens av topologi i metaller är genereringen av en tvärgående hastighet, vilket kan ge upphov till ett Nernst -svar när vi observerar. Det kan också generera andra effekter som nya yttillstånd som kan vara användbara i olika kvantinformationsteknologier."

Uransystemet som studerades av Los Alamos -teamet genererade 23 mikrovolt per kelvin temperaturförändring - fyra gånger större än det tidigare rekordet, som upptäcktes i en kobolt-mangan-galliumlegering för ett par år sedan och också tillskrevs den här typen av topologiskt ursprung.