磁場はトムソン効果を90%増幅します

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磁場はトムソン効果を90%増幅します
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Anonim
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日本の材料科学者は、ビスマスとアンチモンの合金で作られたプレートで初めて磁気トムソン効果を発見しました。温度勾配のある領域に電流が流れると、磁場によって放出されるトムソン熱が90%増加しました。これを研究することを可能にした方法で、著者はより高次の他の熱電および熱スピン現象に適用することを計画しています。作品はジャーナルPhysicalReviewLettersに掲載されました。

熱電効果は19世紀半ばに発見され、熱電対、ペルチェ素子、熱から電気への変換器で長い間使用されてきました。ゼーベック効果とペルチェ効果は互いに補完し合います。1つは温度勾配の影響下で接合点で電位差が発生し、もう1つは電位差が原因で温度差が発生します。同時に、トムソン効果はこれら2つの効果を組み合わせたものです。導体に電流を流して不均一な温度を維持すると、トムソンの熱は1つの領域でさらに放出され、別の領域で吸収されます。この熱は、その領域の電流密度と温度勾配に比例します。

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古典的なトムソン効果のスキーム

ペルチェ効果とゼーベック効果も磁場に依存します。これらの磁気熱電効果は、スピンカロリトロニクス(熱流束によるスピンの方向の制御)の基礎を築きました。しかし、磁場を使用したトムソン熱の変調(磁気トムソン効果)は、科学者によってまだ観察されていません。これは、内田健一が日本の物質・材料研究機構の同僚と共同で決定したものです。効果をテストするために、ビスマスとアンチモンの合金Bi88Sb12を使用しました。これは、ゼーベック効果の発現が温度と印加される磁気に大きく依存するためです。分野。

マグネトトムソン効果を観察するために、著者は温度変化を高精度で測定する必要がありました。これは、変調サーモグラフィを使用して行われました。正方形に変調された電流をサンプルに流してから、温度を測定しました。変調のおかげで、ジュール-レンツ熱の寄与を差し引くことがわかりました(このような条件では、時間の経過とともに変化しません)。ビスマス-アンチモンプレートの端にヒートシンクを配置し、中央に熱源を配置しました。したがって、一方の領域では、電流の方向と温度勾配が一致し(この領域では、トムソン熱が放出されます)、もう一方の領域では、それらは反対になります(ここでは、逆にトムソン熱が吸収されます)。

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トムソン効果とペルチェ効果を伴うプレート内の振幅と温度の位相の分布。下-純粋なトムソン効果

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磁場がある場合とない場合の温度の振幅と位相の分布

合金と電極の接触点での寄生シーベック効果とエッティングスハウゼン効果(電流の方向に垂直な磁場を接続すると、温度差が発生します)が測定に干渉する可能性がありますが、科学者は温度勾配がない場合の実験で、メインの実験からその結果を差し引きました。科学者たちは、磁場がない状態での設置の性能をチェックすることにより、ヒーターの電力と電流強度に発生する熱の線形依存性を確認しました。

その後、研究者たちは垂直磁場を使って実験を行いました。 0.9テスラの誘導を伴う磁場が印加されたときのトムソン信号(電流密度および温度勾配に対する追加温度の比率)は、磁場。一方、残りの輸送係数(電気伝導率、熱伝導率、ゼーベック係数)の変化は20%未満です。

著者らは、磁性材料の磁気熱電効果(たとえば、スピンフラックスまたはスピン波に対するトムソンの効果)を測定するための新しい手法を使用することを提案しています。

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トムソン信号の依存性(温度勾配と電流密度に正規化された温度変化)

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磁場誘導と温度を変化させた追加の実験から計算されたトムソン係数

このような作品は、日常生活におけるスピントロニクスデバイスのシェアを高めており、スピントロニクスとその応用については、私たちの資料「電気の磁性」ですでに詳しく読むことができます。

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