为了追求高效的能源利用，科学家们正在研究能够有效地将热能转化为电能的材料，即热电材料。一种称为拓扑磁体的特殊类型正受到广泛关注，因为它们表现出反常的能斯特效应。在反常能斯特效应中，铁磁材料中会产生垂直于温度梯度和外加磁场的电压。
虽然一些器件通过在热电堆器件中组合具有不同热电势符号的层而表现出改进的性能，但这种方法通常需要使用不同的材料并改变制造工艺。
一个合作研究小组取得了一项重大突破，展示了使用一种名为 Co 3 Sn 2 S 2的特殊材料(以其拓扑磁体特性而闻名)通过热能产生正极性和负极性的能力。这一突破是通过简单地替换磁性化合物中的一些元素来实现的。
该小组由东北大学材料研究所(IMR)的 Kohei Fujiwara 副教授和 Atsushi Tsukazaki 教授领导;国立材料科学研究所 (NIMS) 研究员 Takamasa Hirai 和杰出小组组长 Ken-ichi Uchida;和富山县立大学的 Yuki Yanagi 副教授。
他们的研究结果详细报道于2024 年 1 月 8 日的《自然物理学》杂志上
藤原说：“我们专注于钴锡硫基铁磁体，因为根据我们之前的理论研究，其拓扑电子态适合控制反常能斯特效应的极性。”
为了验证他们的概念，该团队通过薄膜的生长过程进行元素替代，这是半导体技术中广泛采用的技术。他们发现，镍和铟的适当替代通过拓扑电子态的调制导致热电电压符号的反转。
藤原补充道：“用于制造热电堆器件的通用基础元件的可用性将有助于减少资源和成本。我们的概念将适用于其他拓扑磁体，并加速优质磁热电材料的开发。”
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