Как следует из пресс-релиза от 22 сентября из Технологического университета в Вене, ученые разработали новый и намного более эффективный класс термоэлектрических материалов, который использует ранее теряемую термическую энергию, производимую тепловыми машинами, и создает электрическую цепь, при соединении горячих и холодных объектов.
Новый материал имеет уникальную кристаллическую структуру, которая вместе с новым физическим эффектом, эффективно производит электричество. Внутри кристалла множество миниатюрных клеток содержат атомы церия, которые бьются о прутья решетки. Эта особенность, похоже и определяет особенные свойства материала.
«Эти клатраты (официальный термин для кристаллов, в которых внешние атомы включены в клеточные пространства) показывают выдающиеся термические свойства», сказал профессор Шилке Бюллер-Пасчен из Технологического университета в Вене. «У нас появилась идея включения атомов церия, так как их магнитные свойства обещали особенно интересные возможности взаимодействия».
Используя сложную технику выращивания кристаллов в зеркальной печи, профессор Андрей Прокофьев из Технологического университета в Вене добился создания клатратов, сделанных из бария, кремния и золота, которые включали одиночные атомы церия.
«Тепловое движение электронов в материале зависит от температуры», говорит Бюлер-Пасчен. «На нагретой стороне большее тепловое движение, чем на холодной, потому электроны диффундируют в холодные регионы. Таким образом создаются разница потенциалов между двумя сторонами термоэлектрического материала».
Эксперименты показывают, что атомы церия увеличивают термическую энергию материала на 50%, что равно намного большему потенциальному напряжению. Вдобавок термическая проводимость кларатов очень низка, что очень важно, так как температура на другой стороне уравнивалась бы, и не оставалось бы напряжения.
«Причина для таких необыкновенно хороших свойств, кажется состоит в особом виде электрон-электронной корреляции – так называемом эффекте Кондо», предполагает Бюлер Пасчен. «Биения включенных атомов церия становятся сильнее по мере роста температуры. Биения стабилизируют эффект Кондо при высоких температурах. Мы наблюдаем эффект Кондо при самой высокой температуре в мире».
После такого достижения, исследовательская команда из Технологического университета Вены планирует достичь такого же эффекта в различными типами клатратов. Чтобы снизить стоимость материала, планируется использовать вместо золота другие материалы, такие как медь. Вдобавок может быть использована более экономная смесь нескольких редкоземельных материалов, взамен цериума. Исследователи надеются, что клатраты могут быть применены в промышленности, чтобы превращать теряемое тепло в ценную электрическую энергию.