Steuerung der thermoelektrischen Umwandlung in magnetischen Materialien durch die Magnetisierungsrichtung

Dem National Institute for Materials Science (NIMS) ist es gelungen, den „anisotropen Magneto-Thomson-Effekt“ direkt zu beobachten, ein Phänomen, bei dem sich die Wärmeaufnahme/-abgabe proportional zu einer angelegten Temperaturdifferenz und einem Ladestrom (d. h. Thomson-Effekt) anisotrop ändert über die Magnetisierungsrichtung in magnetischen Materialien.

Es wird erwartet, dass diese Forschung zu einer Weiterentwicklung der Grundlagenphysik und Materialwissenschaften im Zusammenhang mit dem Fusionsbereich von Thermoelektrik und Spintronik sowie zur Entwicklung neuer Funktionalitäten zur Steuerung thermischer Energie mit Magnetismus führt. Die Studie ist veröffentlicht im Tagebuch Briefe zur körperlichen Untersuchung.

Der Thomson-Effekt ist seit langem als einer der grundlegenden thermoelektrischen Effekte in Metallen und Halbleitern bekannt, zusammen mit den Seebeck- und Peltier-Effekten, die die Prinzipien thermoelektrischer Umwandlungstechnologien bestimmen.

Obwohl der Einfluss des Magnetismus auf den Seebeck- und Peltier-Effekt seit vielen Jahren untersucht wird, ist nicht geklärt, wie der Thomson-Effekt durch Magnetfelder und Magnetismus beeinflusst wird, da die thermoelektrische Umwandlung des Thomson-Effekts im Allgemeinen gering und messbar und quantitativ ist Die Schätzmethoden sind noch nicht vollständig etabliert.

Unter diesen Umständen berichtete NIMS im Jahr 2020 über ein experimentelles Ergebnis, bei dem beobachtet wurde, dass sich der Thomson-Effekt in nichtmagnetischen Leitern mit einem Magnetfeld ändert (d. h. der Magneto-Thomson-Effekt).

Diesmal gelang es den Forschern, den anisotropen Magneto-Thomson-Effekt in magnetischen Materialien durch genauere thermische Messungen zu beobachten. Der anisotrope Magneto-Thomson-Effekt in magnetischen Materialien unterscheidet sich vom herkömmlichen Magneto-Thomson-Effekt in nichtmagnetischen Materialien, und dies ist die erste direkte Beobachtung des unerforschten Phänomens.

Das NIMS-Forschungsteam nutzte eine thermische Messtechnik namens Lock-in-Thermografie, um die Temperaturverteilung präzise zu messen, die entsteht, wenn ein Ladestrom an eine ferromagnetische Legierung Ni95Pt5 angelegt wird, während eine Temperaturdifferenz angelegt wird, und überprüfte, wie sich der Thomson-Effekt abhängig von der Magnetisierungsrichtung ändert .

Als Ergebnis wurde festgestellt, dass die in der Ni95Pt5-Legierung erzeugte Wärmeabsorption (oder Wärmeabgabe) größer ist, wenn der Temperaturgradient und der Ladestrom parallel zur Magnetisierung verlaufen, als wenn sie senkrecht zur Magnetisierung verlaufen. Dieses Ergebnis steht im Einklang mit dem Verhalten, das aus Messungen der Seebeck- und Peltier-Effekte in magnetischen Materialien erwartet wird.

Diese Forschung hat die grundlegenden Eigenschaften des anisotropen Magneto-Thomson-Effekts geklärt und Techniken für seine quantitative Messung etabliert. In Zukunft werden die Forscher weiterhin die Physik, Materialien und Funktionalitäten des anisotropen Magneto-Thomson-Effekts erforschen, um neue Physik zu untersuchen, die durch die Wechselwirkung von Wärme, Elektrizität und Magnetismus verursacht wird, und Anwendungen für Wärmemanagementtechnologien zu entwickeln, die dies ermöglichen tragen zu einer verbesserten Effizienz und Energieeinsparung in elektronischen Geräten bei.

Dieses Projekt wurde von Rajkumar Modak (Sonderforscher, Forschungszentrum für magnetische und spintronische Materialien CMSM, NIMS), Takamasa Hirai (Forscher, CMSM, NIMS), Seiji Mitani (Direktor, CMSM, NIMS) und Ken-ichi Uchida durchgeführt (Distinguished Group Leader, CMSM, NIMS).