L'Istituto Nazionale per la Scienza dei Materiali (NIMS) è riuscito a osservare direttamente l'"effetto magneto-Thomson anisotropo", un fenomeno in cui l'assorbimento/rilascio di calore proporzionale a una differenza di temperatura applicata e alla corrente di carica (cioè l'effetto Thomson) cambia in modo anisotropico a seconda sulla direzione della magnetizzazione nei materiali magnetici.
Si prevede che questa ricerca porterà a un ulteriore sviluppo della fisica di base e della scienza dei materiali relativa all'area della fusione termoelettrica e spintronica, nonché allo sviluppo di nuove funzionalità per controllare l'energia termica con il magnetismo. Lo studio è pubblicato sulla rivista Physical Review Letters .
L'effetto Thomson è noto da tempo come uno degli effetti termoelettrici fondamentali nei metalli e nei semiconduttori, insieme agli effetti Seebeck e Peltier, che sono i principi guida delle tecnologie di conversione termoelettrica.
Sebbene l'influenza del magnetismo sugli effetti Seebeck e Peltier sia stata studiata per molti anni, non è stato chiarito come l'effetto Thomson sia influenzato dai campi magnetici e dal magnetismo perché la conversione termoelettrica dell'effetto Thomson è generalmente piccola e la sua misurazione e quantità i metodi di stima non sono stati completamente stabiliti.
In tali circostanze, NIMS ha riportato nel 2020 un risultato sperimentale in cui è stato osservato che l'effetto Thomson nei conduttori non magnetici cambia con un campo magnetico (ovvero l'effetto magneto-Thomson).
Questa volta, i ricercatori sono riusciti a osservare l'effetto anisotropo magneto-Thomson nei materiali magnetici attraverso misurazioni termiche più precise. L'effetto magneto-Thomson anisotropo nei materiali magnetici differisce dall'effetto magneto-Thomson convenzionale nei materiali non magnetici, e questa è la prima osservazione diretta del fenomeno inesplorato.
Il team di ricerca NIMS ha utilizzato una tecnica di misurazione termica chiamata termografia lock-in per misurare con precisione la distribuzione della temperatura generata quando una corrente di carica viene applicata a una lega ferromagnetica Ni95 Punto5 applicando una differenza di temperatura, e verificato come l'effetto Thomson cambia a seconda della direzione di magnetizzazione.
Di conseguenza, si è scoperto che la quantità di assorbimento di calore (o rilascio di calore) generata nel Ni95 Punto5 la lega è più grande quando il gradiente di temperatura e la corrente di carica sono paralleli alla magnetizzazione rispetto a quando sono perpendicolari alla magnetizzazione. Questo risultato è coerente con il comportamento atteso dalle misurazioni degli effetti Seebeck e Peltier nei materiali magnetici.
Questa ricerca ha chiarito le proprietà fondamentali dell'effetto magneto-Thomson anisotropo e ha stabilito tecniche per la sua misurazione quantitativa. In futuro, i ricercatori continueranno a esplorare la fisica, i materiali e le funzionalità dell’effetto anisotropo magneto-Thomson per studiare la nuova fisica causata dall’interazione di calore, elettricità e magnetismo e per sviluppare applicazioni per tecnologie di gestione termica che consentiranno contribuire a migliorare l'efficienza e il risparmio energetico nei dispositivi elettronici.
Questo progetto è stato realizzato da Rajkumar Modak (Ricercatore speciale, Centro di ricerca per materiali magnetici e spintronici CMSM), NIMS), Takamasa Hirai (Ricercatore, CMSM, NIMS), Seiji Mitani (Direttore, CMSM, NIMS) e Ken-ichi Uchida (Illustre leader del gruppo, CMSM, NIMS).
Ulteriori informazioni: Rajkumar Modak et al, Osservazione dell'effetto magneto-Thomson anisotropico, Lettere di revisione fisica (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.206701
Informazioni sul giornale: Lettere di revisione fisica
Fornito dall'Istituto Nazionale per la Scienza dei Materiali
