Около 70 процентов используемой в мире энергии "спускается вниз по свистку" — она выбрасывается в окружающую среду в виде отработанного тепла. Ученые рассматривают это как скрытый потенциал для производства бесплатной электроэнергии. Единственное, что их останавливает, — это то, что все еще отсутствуют необходимые материалы и технологии. Но работа продолжается. Свет в туннеле еще не виден, но направление известно, и открытия обнадеживают.
Перепады температур в вейлийских полуметаллах под воздействием внешнего магнитного поля производят электричество. Источник изображения: MIT
Группа ученых из Массачусетского технологического института (MIT) провела исследование так называемых топологических вейлийских полуметаллов. Эксперименты показали, что исследуемый материал демонстрирует квантовый эффект под воздействием наведенного электромагнитного поля. В частности, квазичастицы, называемые фермионами Вейля, смогли эффективно преобразовывать тепло в электричество.
На страницах нашего сайта неоднократно упоминались элементы и эффект Пельтье, когда с помощью электричества передается энергия — контролируемое нагревание или охлаждение. Обратный процесс называется эффектом Seebeck, который проявляется в том, что разница температур на контактах вызывает протекание тока. Широкое использование эффекта Seebeck невозможно по той причине, что все исследуемые материалы имеют чрезвычайно низкий термоэлектрический эффект и, по крайней мере, несколько полезны при нагревании до очень высоких температур.
Открытые относительно недавно топологические полупроводниковые металлы Вейля обещают проявлять значительные термоэлектрические эффекты при комнатной температуре и даже ниже. Представьте себе, например, генератор электричества от тепла процессора смартфона, который питает себя во время работы, или значительно экономит заряд батареи в процессе работы. Все это и многое другое возможно, если найти правильные соединения.
Исследователи из MIT провели эксперимент с соединением фосфида тантала (TaP), найденным в 2015 году. Кристаллический образец, изготовленный в лаборатории, был разрезан на тонкую полоску и нагрет с одной стороны. Одновременно к кристаллу было приложено магнитное поле 9 тесла. Полученный коэффициент мощности был в десять раз больше, чем для всех известных материалов. Однако для этого другой конец кристалла пришлось охладить до температуры 40 К (-233 °С), что не позволяло зафиксировать полученный термоэлектрический эффект.
Ученые ожидают найти материалы, которые бы показали самый сильный термоэлектрический эффект при комнатной температуре. Проведенные эксперименты доказали возможность продвижения в этом направлении, и когда-нибудь это будет сделано.
