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研究人员使用热成像仪观察到各向异性磁-珀耳帖效应
发布:s0208_2016   时间:2018/7/11 16:36:57   阅读:349 
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近日,来自日本国家材料科学研究所和东北大学的研究人员有史以来第一次共同观察到了各向异性磁—珀尔帖效应。该效应是一种热电转换现象,其主要通过磁性材料中充电电流的简单重定向来引起加热和冷却现象。
 
用于测量各向异性磁致珀耳帖效应和锁定U形铁磁体热图像的实验配置;
图片来源:日本国家材料科学研究所。

传统意义上,热电加热和冷却是通过向两个不同的电导体之间的接点施加充电电流来实现的。在这项研究中,研究人员在没有使用接合结构的情况下,仅仅借助单一磁性材料就展示了这一创新的热控制功能。尽管这只是基本的热电转换现象之一,但各向异性的磁-珀耳帖效应长期以来并未被人们发现。该研究小组认为,这项研究将促进热电转换的理论基础和应用研究的进一步发展。

热电效应可用于实现半导体和金属材料中电荷和热流之间的转换。一个非常熟悉的转换实例就是珀耳帖效应,该效应是指当有电流通过不同的导体组成的回路时,除产生不可逆的焦耳热外,在不同导体的接头处随着电流方向的不同会分别出现吸热、放热现象。这是J.C.A.珀耳帖在1834年发现的。如果电流通过导线由导体1流向导体2,则在单位时间内,导体1处单位面积吸收的热量与通过导体1处的电流密度成正比。尽管该效应在近两个世纪前就被发现,但迄今为止全球范围内的许多研究人员仍在进行关于该效应的科学研究,以试图优化电子器件中的热电转换效率,并在更广泛的技术中使用这种现象,例如开发更加节能的技术以及运行更加高效的电脑等。

日本国家材料科学研究所领导的研究团队采用的是一种被称为锁定热成像的热测量方法,该方法能够在施加充电电流时对磁性材料中的温度变化进行系统测量。因此,根据电荷电流的方向与磁性材料中的磁化方向之间的角度,就可以观察到珀耳帖系数的变化。早些时候,人们观察到“塞贝克效应”——一种由于导体之间的温差而产生电荷电流的现象——会随着磁化方向的变化而变化。这就是所谓的各向异性磁-塞贝克效应。然而,在此研究之前,不可能观察到各向异性的磁—珀耳帖效应,也即各向异性的磁—塞贝克效应。

通过应用各向异性磁-珀耳帖效应,磁性材料的热电温度可以通过仅改变材料中的充电电流并在其内形成不均匀的磁化构造来控制,而不是通过在两个不同的电导体之间形成连接点来控制。在接下来的研究工作中,该研究小组将致力于识别和制造能够表现出各向异性磁性—珀耳帖效应的磁性材料,并将其用于能够使电子设备更加节能的热量管理技术应用中。

该研究团队主要包括内田健一先生(自旋磁热电子学研究中心,磁性和自旋电子材料研究中心,日本国家材料科学研究所),Ryo Iguchi(研究人员,自旋热电子学团队,磁性和自旋电子材料研究中心,日本国家材料科学研究所),俊助达梦(日本东北大学材料研究所高分子材料研究所研究生,现任东京大学助理教授),斋藤英治(东北大学材料研究所教授,现任东京大学教授)等人。

该项研究主要由JST战略基础研究计划(JPMJCR1711)和用于科学研究的jsp(A)(JP15H02012)基金联合赞助支持。

译者:Vince
译自:azom
 
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