Близько 70 відсотків використовуваної в світі енергії "спускається вниз по свистку" — вона викидається в навколишнє середовище у вигляді відпрацьованого тепла. Вчені розглядають це як прихований потенціал для виробництва безкоштовної електроенергії. Єдине, що їх зупиняє , — це те, що все ще відсутні необхідні матеріали і технології. Але робота триває. Світло в тунелі ще не видно, але напрямок відомо, і відкриття обнадіюють.
Перепади температур у вейлійських півметалах під впливом зовнішнього магнітного поля виробляють електрику. Джерело зображення: MIT
Група вчених з Массачусетського технологічного інституту (MIT) провела дослідження так званих топологічних вейлійських півметалів. Експерименти показали, що досліджуваний матеріал демонструє квантовий ефект під впливом наведеного електромагнітного поля. Зокрема, квазічастинки, звані ферміонами Вейля, змогли ефективно перетворювати тепло в електрику.
На сторінках нашого сайту неодноразово згадувалися елементи і ефект Пельтьє, коли за допомогою електрики передається енергія — контрольоване нагрівання або охолодження. Зворотний процес називається ефектом Seebeck, який проявляється в тому, що різниця температур на контактах викликає протікання струму. Широке використання ефекту Seebeck неможливо з тієї причини, що всі досліджувані матеріали мають надзвичайно низький термоелектричний ефект і, принаймні, дещо корисні при нагріванні до дуже високих температур.
Відкриті відносно недавно топологічні напівпровідникові метали Вейля обіцяють проявляти значні термоелектричні ефекти при кімнатній температурі і навіть нижче. Уявіть собі, наприклад, генератор електрики від тепла процесора смартфона, який живить себе під час роботи, або значно економить заряд батареї в процесі роботи. Все це і багато іншого можливо, якщо знайти правильні з’єднання.
Дослідники з MIT провели експеримент з сполукою фосфіду танталу (TaP), знайденою в 2015 році. Кристалічний зразок, виготовлений в лабораторії, був розрізаний на тонку смужку і нагрітий з одного боку. Одночасно до кристала було прикладено магнітне поле 9 тесла. Отриманий коефіцієнт потужності був в десять разів більше, ніж для всіх відомих матеріалів. Однак для цього інший кінець кристала довелося охолодити до температури 40 К (-233 °С), що не дозволяло зафіксувати отриманий термоелектричний ефект.
Вчені очікують знайти матеріали, які б показали найсильніший термоелектричний ефект при кімнатній температурі. Проведені експерименти довели можливість просування в цьому напрямку, і коли-небудь це буде зроблено.
