Credito:Tokyo Tech
I materiali termoelettrici hanno la capacità di generare elettricità quando viene applicata una differenza di temperatura. Al contrario, possono anche generare un gradiente di temperatura quando viene applicata loro corrente. Pertanto, ci si aspetta che questi materiali trovino impiego come generatori di energia di dispositivi elettronici e refrigeratori o riscaldatori di dispositivi di controllo della temperatura. Per sviluppare queste applicazioni è necessario un materiale termoelettrico che presenti un'elevata tensione termoelettrica (denominato termopotenza S), anche applicando una bassa energia termica. Tuttavia, i materiali termoelettrici convenzionali mostrano un'elevata efficienza di conversione alle alte temperature, mentre ci sono solo pochi candidati che mostrano elevate prestazioni di conversione al di sotto della temperatura ambiente.
Di recente, un team di ricercatori della Tokyo Tech, guidato dal Professore Associato Takayoshi Katase, ha sviluppato un nuovo metodo per aumentare significativamente la S alle basse temperature. In un recente articolo pubblicato su Nano Letters , il team ha riportato un aumento insolitamente ampio di S osservato nelle strutture laminate fatte di una pellicola ultrasottile dell'ossido di metallo di transizione LaNiO3 racchiuso tra due strati isolanti di LaAlO3 .
"Abbiamo chiarito che l'inaspettato aumento di S non è stato causato dal solito fenomeno termoelettrico ma dall'"effetto di trascinamento fononico" derivante dalla forte interazione di elettroni e fononi. Se l'effetto di trascinamento fononico è forte, i fononi che scorrono possono guidare il elettroni per produrre ulteriore tensione termoelettrica quando viene applicata una differenza di temperatura. Questo fenomeno non si osserva in LaNiO3 alla rinfusa ma appare riducendo lo spessore dello strato di LaNiO3 film e confinandolo tra isolante LaAlO3 strati", ha spiegato il dottor Katase.
Riducendo lo spessore di LaNiO3 film fino a solo 1 nm e inserendo il film tra LaAlO3 livelli, il team è stato in grado di migliorare S di almeno 10 volte. Questo miglioramento era osservabile per un'ampia gamma di temperature fino a 220 K. Le analisi sperimentali hanno rivelato che l'effetto di trascinamento del fonone derivava da una maggiore interazione elettrone-fonone da parte di elettroni massicci confinati nel LaNiO3 strato e i fononi fluenti che fuoriescono dal LaAlO3 superiore e inferiore strati.
"I risultati di questo studio possono essere utilizzati per esplorare nuovi materiali termoelettrici ad alte prestazioni, progettando le strutture laminate di diversi ossidi che possono migliorare la generazione di energia e l'utilizzo del carburante", conclude il dott. Katase. + Esplora ulteriormente
