استخدام مغناطيس مضاد للأجهزة الصلبة – ScienceDaily

يتطلب إجبار الإلكترونات على التدفق عموديًا على تدفق الحرارة مجالًا مغناطيسيًا خارجيًا – وهذا ما يُعرف باسم تأثير نرنست. في مادة ممغنطة بشكل دائم (مغناطيس حديدي) ، يوجد تأثير نرنست غير طبيعي (ANE) يمكنه توليد الكهرباء من الحرارة حتى بدون مجال مغناطيسي. يتناسب تأثير نرنست الشاذ مع العزم المغناطيسي للمغناطيس الحديدي. لا يُظهر المغناطيس المضاد ، المزود بشبكتين فرعيتين مغناطيسيتين تعويضيتين ، أي لحظة مغناطيسية خارجية ولا مجال مغناطيسي خارجي قابل للقياس ، وبالتالي لا ينبغي أن يعرض أي ANE. ومع ذلك ، فقد فهمنا مؤخرًا أنه من خلال المفهوم الجديد للطوبولوجيا يمكن تطبيقه لتحقيق تأثيرات Nernst كبيرة في المغناطيس. على وجه الخصوص ، تعلمنا أن الكمية المعروفة باسم مرحلة بيري مرتبطة بـ ANE ويمكن أن تزيدها بشكل كبير. ومع ذلك ، فإن ANE في المغناطيسات المغناطيسية المضادة لا تزال غير مستكشفة إلى حد كبير ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى عدم وجود اعتقاد بوجود ANE. من اللافت للنظر أن فريقًا بحثيًا مشتركًا من معهد ماكس بلانك للفيزياء الكيميائية للمواد الصلبة في دريسدن بألمانيا ، جنبًا إلى جنب مع متعاونين في جامعة ولاية أوهايو وجامعة سينسيناتي ، قد اكتشفوا تأثيرًا شاذًا كبيرًا لنيرنست ، أكبر مما هو معروف في الجميع تقريبًا المغناطيسات الحديدية في YbMnBi2 ، مغناطيس مضاد.

من المحتمل أن يكون ANE الذي تمت ملاحظته نتيجة للطوبولوجيا ، واقتران مدار الدوران العالي ، والهيكل المغناطيسي المعقد وغير المعوض بالكامل لـ YbMnBi2. يكسر هيكل الدوران غير المستقر في YbMnBi2 التناظر الانعكاسي للوقت ويوفر انحناء بيري غير صفري. في الوقت نفسه ، يساعد اقتران مدار الدوران الكبير لعنصر البزموت الثقيل على إنتاج مساهمة خارجية كبيرة. بناءً على هذه الوصفة ، يمكن أن تُظهر فئة معينة من المغناطيسات الحديدية المضادة ذات البنية المغزلية غير المترابطة ومع اقتران كبير في مدار الدوران تأثيرًا شاذًا كبيرًا لنرنست. فوجئ الباحثون عندما لاحظوا مثل هذا ANE الكبير في YbMnBi2 ، حيث وصل إلى 6 مللي فولت / كلفن ، وهي قيمة قياسية للمغناطيسات المضادة ومرتفعة مثل تلك القيم التي لوحظت سابقًا لأفضل المغناطيسات الحديدية.

للتطبيقات العملية ، يمكن للمرء استخدام هذه الظاهرة الجديدة لصنع محولات طاقة بسيطة: جهاز كهربائي حراري عرضي حيث يتم توليد الجهد بشكل عمودي على تدفق الحرارة. يتكون الجهاز من كتلة واحدة فقط من المواد. إن المولدات الكهروحرارية المتاحة تجارياً على أساس تأثير سيبيك عبارة عن تجميعات معقدة مبنية من كتل صغيرة من مواد أشباه الموصلات من النوع n و p. على عكس المغناطيسات الحديدية ، التي غالبًا ما تعاني من انخفاض قدرة الحامل ، يمكن للمغناطيسات المضادة أيضًا أن تظهر قدرة أعلى على الحركة وبالتالي تظهر موصلية كهربائية أفضل. جنبًا إلى جنب مع الموصلية الحرارية المنخفضة ، يتم تحقيق رقم جدارة حراري غير طبيعي (zT) في YbMnBi2 ، وهو ترتيب من حيث الحجم أعلى من جميع المغناطيسات الحديدية المعروفة.

يقول Yu Pan ، قائد المجموعة في قسم كيمياء الحالة الصلبة بمعهد MPI: “على الرغم من أن قيمة ANE كبيرة بشكل مدهش وأن قيمة zT أعلى بكثير من تلك الخاصة بالمغناطيسات الحديدية ، إلا أن الأداء الكهروحراري الكلي لا يزال بحاجة إلى التحسين للتطبيقات العملية” CPfS في دريسدن. وتتابع قائلة: “ومع ذلك ، تُظهر هذه الدراسة الإمكانات الكبيرة للمغناطيسات المضادة للتطبيقات الكهروحرارية ، حيث تتمتع بأداء أفضل بكثير من المغناطيسات الحديدية. نعتقد أن عملنا هو مجرد بداية لاكتشاف المزيد من المواد الكهروحرارية الأكثر إثارة للاهتمام في المستقبل.”

تحدث فرقا: برعاية فرصة


مصدر القصة:

المواد المقدمة من معهد ماكس بلانك للفيزياء الكيميائية للمواد الصلبة. ملاحظة: يمكن تعديل المحتوى حسب النمط والطول.


مرجع المجلة:

  1. يو بان ، كونجكونج لي ، بين هي ، سارة جيه واتزمان ، مينجيو ياو ، جوهانس جوث ، جوزيف بي هيرمانز ، يان صن ، كلوديا فيلسر. إشارة Nernst الشاذة العملاقة في المغناطيس المضاد YbMnBi2. مواد الطبيعة، 2021 ؛ DOI: 10.1038 / s41563-021-01149-2

استشهد بهذه الصفحة:


معهد ماكس بلانك للفيزياء الكيميائية للمواد الصلبة. “طريقة جديدة لتوليد الكهرباء من الحرارة المهدرة: استخدام مغناطيس مضاد للأجهزة الصلبة.” علم يوميا. ScienceDaily ، 24 نوفمبر 2021.> www.sciencedaily.com/releases/2021/11/211124154052.htm>.

معهد ماكس بلانك للفيزياء الكيميائية للمواد الصلبة. (2021 ، 24 نوفمبر). طريقة جديدة لتوليد الكهرباء من الحرارة المهدرة: استخدام مغناطيس مضاد للأجهزة الصلبة. علم يوميا. تم الاسترجاع في 25 نوفمبر 2021 من www.sciencedaily.com/releases/2021/11/211124154052.htm

معهد ماكس بلانك للفيزياء الكيميائية للمواد الصلبة. “طريقة جديدة لتوليد الكهرباء من الحرارة المهدرة: استخدام مغناطيس مضاد للأجهزة الصلبة.” علم يوميا. www.sciencedaily.com/releases/2021/11/211124154052.htm (تم الوصول إليه في 25 نوفمبر 2021).

التعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *