Una nuova ricerca ha dimostrato che un composto di uranio magnetico può avere forti proprietà termoelettriche, generando quattro volte la tensione trasversale dal calore rispetto al record precedente in un composto di cobalto-manganese-gallio. Il risultato sblocca un nuovo potenziale per gli elementi attinidi nella parte inferiore della tavola periodica e indica una nuova direzione nella ricerca sui materiali quantistici topologici.

"Abbiamo scoperto che il grande accoppiamento spin-orbita e le forti correlazioni elettroniche in un sistema di uranio-cobalto-alluminio drogato con rutenio hanno portato a una colossale anomala conduttività di Nernst, " ha detto Filip Ronning, investigatore capo sul documento pubblicato oggi in Progressi scientifici . Ronning è direttore dell'Institute for Materials Science presso il Los Alamos National Laboratory. "Illustra che le leghe di uranio e attinidi sono materiali promettenti per studiare l'interazione tra la topologia di un materiale e le forti correlazioni elettroniche. Siamo molto interessati a capire, accordare ed eventualmente controllare questa interazione, quindi speriamo un giorno di poter sfruttare alcune di queste notevoli risposte".

La risposta di Nernst si verifica quando un materiale converte un flusso di calore in una tensione elettrica. Questo fenomeno termoelettrico può essere sfruttato in dispositivi che generano elettricità da una fonte di calore. L'esempio attuale più notevole sono i generatori termoelettrici di radioisotopi (RTG) che sono stati sviluppati in parte a Los Alamos. Gli RTG utilizzano il calore del decadimento radioattivo naturale del plutonio-238 per generare elettricità:uno di questi RTG sta attualmente alimentando il rover Perseverance su Marte.

"La cosa eccitante è che questo colossale effetto anomalo di Nernst sembra essere dovuto alla ricca topologia del materiale. Questa topologia è creata da un grande accoppiamento spin-orbita, che è comune negli attinidi, " Ronning ha detto. "Una conseguenza della topologia nei metalli è la generazione di una velocità trasversale, che può dar luogo a una risposta di Nernst come osserviamo. Può anche generare altri effetti come nuovi stati di superficie che possono essere utili in varie tecnologie dell'informazione quantistica".

Il sistema di uranio studiato dal team di Los Alamos ha generato 23 microvolt per kelvin di variazione di temperatura, quattro volte più grande del record precedente, che è stato scoperto in una lega cobalto-manganese-gallio un paio di anni fa e attribuito anche a questo tipo di origini topologiche.