_ Exploatarea dezordinei pentru a recolta energie termică : Potențialitatea magneților 2D pentru aplicații termoelectrice

Sistemele termoelectrice reprezintă o modalitate ecologică și durabilă de a recolta energie din orice formă de căldură care altfel ar fi irosită. La baza acestui proces de conversie a energiei se află așa-numitul efect Seebeck, care descrie acumularea de tensiune pe un material expus la o diferență de temperatură.

Cu toate acestea, în ciuda a peste 100 de ani de cercetări intense, termoelectricul eficiența este încă mai mică decât cea a motoarelor termice convenționale, făcând termoelectricele potrivite doar pentru aplicații de nișă.

De aceea, unul dintre principalele eforturi ale oamenilor de știință de astăzi este găsirea de noi strategii pentru a îmbunătăți această eficiență. Cel mai recent articol „Impact al spin-entropiei asupra proprietăților termoelectrice ale unui magnet 2D”, publicat în Nano Letters, demonstrează că o soluție ar putea sta în circuite bazate pe straturi magnetice bidimensionale (2D).

Proprietățile termoelectrice sunt influențate semnificativ de entropie, care cuantifică dezordinea dintr-un sistem. Prin urmare, toate mecanismele care măresc astfel de parametri pot îmbunătăți eficiența de conversie a dispozitivului de recoltare a energiei.

În materialele magnetice 2D, doi factori suplimentari pot modifica entropia: Ordinea magnetică, generând o „entropie-spin” contribuția și numărul de straturi pe care un purtător de sarcină le poate accesa într-un material stratificat 2D, care produce o „entropie stratificată” suplimentară.

În articolul nostru, proprietățile de transport electric și termoelectric ale antiferomagnetului 2D CrSBr sunt măsurată, schimbând simultan ordinea magnetică a materialului prin variarea temperaturii probei sau prin aplicarea unui câmp magnetic extern. Studiul raportează că răspunsul termoelectric crește odată cu temperatura pe măsură ce electronii și spinurile se mobilizează, atingând un maxim local în jurul temperaturii Néel de tranziție de fază magnetică.

În plus, se arată că un câmp magnetic poate spori factorul de putere termoelectrică. cu până la 600% la temperaturi scăzute. Aceste fenomene sunt explicate prin interacțiunea diferitelor contribuții de entropie din material și evidențiază impactul puternic pe care ordinea magnetică îl are asupra răspunsului termoelectric al magneților 2D.

Rezultatele pe care le raportăm demonstrează modul în care utilizarea magneților ar putea depăși limitele dispozitivelor convenționale de colectare a energiei, deoarece proprietățile lor termoelectrice pot fi optimizate prin modificarea fazei magnetice și, prin urmare, reglarea impactului spin-entropiei.

Mai mult, utilizarea materialelor 2D deblochează grade suplimentare de libertate. , ca posibilitatea de a regla temperatura de tranziție prin intermediul mai multor factori - și anume grosimea filmului, compoziția, acționarea electrostatică - care ar putea permite maximizarea performanțelor termoelectrice la temperatura camerei. Toate aceste descoperiri reprezintă primul element de bază al unui nou mod de a proiecta colectoare de energie mai eficiente.

Această poveste face parte din Science X Dialog, unde cercetătorii pot raporta constatările din articolele lor de cercetare publicate. Vizitați această pagină pentru informații despre Science X Dialog și despre cum să participați.

Alessandra Canetta este doctorand în anul trei la UCLouvain (Belgia), sub supravegherea Prof. Pascal Gehring. Proiectul de doctorat al lui Canetta se concentrează pe investigarea proprietăților termice și termoelectrice ale materialelor 2D, în special ale magneților 2D.

(Fluierul)