Впервые в мире: ученые добывают электричество из тепла весьма необычным способом

Исследователи из Токийского университета естественных наук продемонстрировали поперечное термоэлектрическое преобразование в WSi2, открывая путь к созданию более эффективных термоэлектрических устройств. Об этом пишет Interesting Engineering.

Исследование включало проведение экспериментальных и вычислительных исследований транспортных свойств монокристаллов WSi2, также известных как дисилицид вольфрама.

Исследователи проанализировали свойства монокристаллов посредством комбинации физических экспериментов и компьютерного моделирования. Они измерили термоЭДС, электрическое сопротивление и теплопроводность монокристалла WSi2 вдоль двух его кристаллографических осей при низких температурах.

Выводы показали, что полярность проводимости, зависящая от оси WSi2, вытекает из его уникальной электронной структуры, характеризующейся смешанными размерными поверхностями Ферми.

Эта структура показывает, что электроны и дырки (положительные носители заряда) существуют в разных измерениях. Поверхность Ферми — это теоретическая геометрическая поверхность, которая разделяет занятые и незанятые электронные состояния носителей заряда внутри твердого материала.

В WSi2 электроны образуют квазиодномерные поверхности Ферми, а дырки — квазидвумерные поверхности Ферми. Эти уникальные поверхности Ферми создают проводимость, зависящую от направления, что обеспечивает эффект TTE.

Чтобы продемонстрировать поперечный термоэлектрический эффект, исследователи применили градиент температуры под углом 45 градусов к кристаллографической оси.

Исследователи наблюдали сильно зависящие от образца транспортные свойства, которые также наблюдались в предыдущих исследованиях, и вместе с расчетами из первых принципов они показывают, что такие зависящие от образца транспортные свойства возникают из зависящих от зоны скоростей рассеяния носителей.

Рассчитанная разрешенная по зоне проводимость показывает, что смешанная размерная электронная структура, состоящая из квазиодномерной электронной поверхности Ферми и квазидвумерной дырочной поверхности, является ключевым свойством для полярности проводимости, зависящей от оси, согласно исследованию.

В исследовании ученые отметили, что они наблюдали различия в том, как эти носители заряда проводят электричество от образца к образцу, что согласуется с результатами предыдущих исследований.

Используя моделирование, основанное на первых принципах, исследователи показали, что эти изменения были вызваны различиями в том, как носители заряда рассеиваются из-за несовершенств структуры кристаллической решетки WSi2.

Ранее мы писали, что сточные воды могут принести неожиданную пользу. Нова технология позволяет использовать тепло из сточных вод, чтобы нагревать чистую воду в душах, кранах, а также стиральных и посудомоечных машинах