L'applicazione di un gradiente di temperatura e di una corrente di carica a un conduttore elettrico porta al rilascio e all'assorbimento di calore. Questo è chiamato effetto Thomson. In un primo, NIMS e AIST hanno osservato direttamente l'effetto magneto-Thomson, che è la modulazione dell'effetto Thomson indotta dal campo magnetico. Questo successo può contribuire allo sviluppo di nuove funzioni e tecnologie per la gestione dell'energia termica e ai progressi nella fisica fondamentale e nella scienza dei materiali sulla conversione magneto-termoelettrica.

L'effetto Seebeck e l'effetto Peltier sono stati ampiamente studiati per la loro applicazione alle tecnologie di conversione termoelettrica. Insieme a questi effetti, l'effetto Thomson è noto da tempo come un effetto termoelettrico fondamentale nei metalli e nei semiconduttori. Sebbene l'influenza dei campi magnetici e del magnetismo sugli effetti Seebeck e Peltier sia stata ben compresa come risultato di molti anni di ricerca, l'influenza sull'effetto Thomson non è stata chiarita perché è difficile da misurare e valutare.

Questo gruppo di ricerca guidato dal NIMS ha osservato il rilascio e l'assorbimento di calore indotti in un conduttore elettrico creando simultaneamente un gradiente di temperatura attraverso di esso, passando una corrente di carica attraverso il gradiente, e applicando un campo magnetico. Il team ha misurato con precisione le variazioni di temperatura nel conduttore associate al rilascio e all'assorbimento di calore utilizzando una tecnica di rilevamento del calore chiamata termografia lock-in. Di conseguenza, la quantità di calore rilasciata e assorbita è risultata proporzionale sia all'entità del gradiente di temperatura che alla corrente di carica. Inoltre, il team ha osservato un forte miglioramento della variazione di temperatura risultante quando un campo magnetico è stato applicato al conduttore. Le misurazioni sistematiche eseguite in questo studio hanno dimostrato che i segnali di rilascio e assorbimento di calore rilevati sotto un campo magnetico sono stati effettivamente generati dall'effetto magneto-Thomson. Questo effetto osservato nella lega bismuto-antimonio utilizzata in questo esperimento ha mostrato prestazioni di conversione termoelettrica molto elevate, che può raggiungere il livello di prestazione di conversione termoelettrica degli effetti Seebeck e Peltier.

Questa ricerca ha rivelato la natura fondamentale dell'effetto magneto-Thomson e ha stabilito tecniche per misurare e valutare l'effetto. Continueremo gli studi di fisica e scienza dei materiali sull'effetto magneto-Thomson e creeremo nuove funzioni di conversione termoelettrica basate su questo effetto. Nello specifico, prevediamo di applicarlo allo sviluppo di tecnologie di gestione termica che possono essere utilizzate per aumentare l'efficienza dei dispositivi elettronici. Speriamo anche di osservare nuovi fenomeni fisici che coinvolgono calore che interagisce, elettricità, e magnetismo.

Questa ricerca è stata pubblicata in Lettere di revisione fisica