Исследовательская группа из Японии под руководством профессора Рюдзи Окадзаки из Токийского университета наук (TUS) впервые продемонстрировала поперечное термоэлектрическое преобразование (TTE) в полуметаллическом дисилициде вольфрама (WSi₂). Это открытие, опубликованное в журнале PRX Energy, представляет собой важный шаг в развитии технологий преобразования тепла в электричество.
Термоэлектрические материалы играют ключевую роль в повышении энергоэффективности, позволяя улавливать отработанное тепло и превращать его в пригодную энергию. Они особенно востребованы в промышленности и транспорте, а также находят применение в портативных генераторах энергии и удалённых датчиках.
Традиционные термоэлектрические устройства генерируют электричество в направлении теплового потока, что требует множества соединений, увеличивающих сопротивление и снижая эффективность.
Поперечные термоэлектрические устройства работают иначе: они генерируют электричество перпендикулярно тепловому потоку, используя материалы с направленной проводимостью зарядов (ADCP). WSi₂ стал первым материалом, где TTE было продемонстрировано напрямую.
Исследователи провели серию экспериментов и компьютерных моделей, чтобы изучить свойства WSi₂ и выяснить, как его уникальная электронная структура создаёт проводимость, зависящую от направления.
Поверхности Ферми в WSi₂ — теоретические границы между занятыми и свободными состояниями зарядов — оказались ключевым фактором. Электроны формируют квазиодномерные поверхности, а положительные носители заряда (дырки) — квазидвумерные, что позволяет направленно проводить электричество.
Учёные показали, что применение разницы температур вдоль кристаллографических осей WSi₂ приводит к напряжению, перпендикулярному температурному градиенту, подтверждая TTE. Эти результаты создают основу для разработки новых материалов и устройств, способных преобразовывать тепло в электричество с высокой эффективностью.
"Мы надеемся, что это исследование не только откроет новые возможности для разработки датчиков, но и приведёт к созданию поперечных термоэлектрических материалов будущего", — отметил профессор Окадзаки.
Это исследование прокладывает путь к экологичным технологиям, использующим отработанное тепло, и способствует развитию устойчивых источников энергии.