Термоэлектрическая сила от комбинации магнитов и сверхпроводников. Энергетика.

Термоэлектические устройства могут охлаждать материал посредством направления постоянного тока или преобразовывать разницу температур в электричество.

Однако металлические конструкции обладают очень низкими термоэлектрическими показателями, и поэтому большинство термоэлектрических устройств сделано из полупроводников. Недавно группа исследователей из Университета Ювяскюля и Университета Аалто (Финляндия), Университета Сан-Себастьяна (Испания), Университета Ольденбурга (Германия) доказала, что точная комбинация магнитов и суперпроводников позволят достичь высоких показателей термоэлектрической конверсии.

Электронная структура полупроводников и суперпроводников кажется похожей, поскольку каждый из них содержит «энергетическую зону», зону энергии, недоступную для электронов. Разница между ними заключается в том, что легирование полупроводника приводит к перемещению энергетической зоны относительно средних показателей энергии электронов. Это не так относительно суперпроводников, в которых энергетическая зона симметрична относительно положительной и отрицательной энергий, и поэтому термоэлектрический эффект от положительно заряженных электронов компенсирует эффект от отрицательно заряженных электронов. В 

исследовании, опубликованном 10.02.2014, Хейккиля (Heikkilä) и международная исследовательская группа доказали, что эта симметрия может быть нарушена в результате воздействия дополнительного магнитного поля и движения постоянного тока по магнитным контактам. В результате система показывает значительный термоэлектрический эффект.

Поскольку обычные суперпроводники работают при температурах в несколько Кельвинов, такой механизм не может использоваться непосредственно в бытовых приборах, таких как портативные кулеры или преобразователи отработанной энергии. Однако такой механизм можно применять для точного определения сигналов. Кроме того, схожий механизм может использоваться в полупроводниках для повышения термоэлектрических показателей. 

Преобразование тепловой энергии в электричество и обратно

Термоэлектрический эффект был обнаружен в 1830-ых годах эстонским ученым Томасом Иоганном Зеебеком (Thomas Johann Seebeck), который зафиксировал напряжение, вызванное разницей температур, а также французским физиком Жаном Шарлем Атаназом Пельтье (Jean Charles Athanase Peltier), который открыл обратный эффект, заключающийся в преобразовании тока в разницу температур. Эти явления нашли свое применение во многих областях, начиная термометрией, охлаждением автомобильных сидений и заканчивая источниками энергии в космических полетах. Эффективность таких устройств обычно достаточно низкая. Если ее можно было бы повысить, термоэлектрическую конверсию можно было бы использовать для преобразования отработанной тепловой энергии, возникающей при промышленном производстве или, к примеру, при работе автомобильных двигателей, - в полезное электричество.

Некоторые металлы при низких температурах превращаются в сверхпроводники, полностью теряя сопротивление электричеству. Существовало давнее убеждение, что суперпроводники не порождают термоэлектрического эффекта. Данное исследование предоставляет новый материал для изучения этого вопроса и позволяет изучить эти явления в более сложных гибридных структурах.