據外(wai)媒(mei)報道，國(guo)際(ji)研(yan)究(jiu)團(tuan)隊發現(xian)，即便是在順(shun)磁材料(liao)中(zhong)(zhong)，固體中(zhong)(zhong)的(de)自(zi)旋局部熱(re)(re)擾動(dong)也能(neng)(neng)實現(xian)熱(re)(re)能(neng)(neng)轉換。以前，人們一直(zhi)認為，在順(shun)磁材料(liao)中(zhong)(zhong)，自(zi)旋關聯時間不長，無法做到(dao)這一點。該效應被稱(cheng)為“順(shun)磁振(zhen)子曳引(yin)熱(re)(re)電(dian)（paramagnon drag thermopower）”，可以將溫(wen)差轉變為電(dian)能(neng)(neng)。這一發現(xian)有助于更(geng)有效地(di)收集熱(re)(re)能(neng)(neng)，例如，將汽車尾(wei)氣中(zhong)(zhong)的(de)熱(re)(re)量轉化為電(dian)能(neng)(neng)，提(ti)高燃料(liao)效率，或通過體熱(re)(re)為智(zhi)能(neng)(neng)服(fu)裝提(ti)供動(dong)力。 參與此項(xiang)研究(jiu)的(de)包(bao)括北卡(ka)羅萊納州立(li)大學(xue)（NCSU）、美國能(neng)(neng)源部(bu)(bu)橡(xiang)樹嶺(ling)國家實驗（ORNL）、中(zhong)國科學(xue)院和(he)俄亥俄州立(li)大學(xue)（Ohio State University）的(de)科學(xue)家。在(zai)(zai)含有磁(ci)(ci)性離子(zi)(zi)的(de)固體中(zhong)（例如(ru)錳(meng)），自旋熱(re)擾動或彼此對齊（鐵磁(ci)(ci)體或反(fan)鐵磁(ci)(ci)體），或不對齊（順(shun)磁(ci)(ci)體）。然而，順(shun)磁(ci)(ci)材料中(zhong)的(de)自旋并(bing)(bing)非完(wan)全隨機。它們會形成短(duan)(duan)暫、短(duan)(duan)程和(he)局部(bu)(bu)有序結(jie)構的(de)順(shun)磁(ci)(ci)振(zhen)子(zi)(zi)，這(zhe)些振(zhen)子(zi)(zi)僅(jin)能(neng)(neng)存在(zai)(zai)很(hen)短(duan)(duan)的(de)時(shi)間，并(bing)(bing)且只延伸到(dao)兩(liang)到(dao)四個原(yuan)子(zi)(zi)上。研究(jiu)人員表示，盡管(guan)存在(zai)(zai)這(zhe)些缺(que)點，順(shun)磁(ci)(ci)振(zhen)子(zi)(zi)仍能(neng)(neng)在(zai)(zai)溫差(cha)中(zhong)產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)移動，并(bing)(bing)推動自由電(dian)(dian)子(zi)(zi)一起移動，從而產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)順(shun)磁(ci)(ci)振(zhen)子(zi)(zi)曳引(yin)熱(re)電(dian)(dian)。在(zai)(zai)一項(xiang)概念性驗證發現(xian)中(zhong)，研究(jiu)小組觀察(cha)到(dao)，即便在(zai)(zai)非常高的(de)溫度下，碲化錳(meng)（MnTe）中(zhong)仍能(neng)(neng)產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)順(shun)磁(ci)(ci)振(zhen)子(zi)(zi)曳引(yin)現(xian)象，所產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)的(de)熱(re)電(dian)(dian)，比僅(jin)靠(kao)電(dian)(dian)子(zi)(zi)電(dian)(dian)荷產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)的(de)能(neng)(neng)量要(yao)高得多。 研(yan)究小(xiao)組對(dui)“順磁(ci)振子曳引熱電”概(gai)念進行測試。他們將摻(chan)鋰MnTe加熱至(zhi)高于(yu)其奈(nai)(nai)耳溫(wen)度（34攝(she)氏度）250攝(she)氏度。奈(nai)(nai)耳溫(wen)度（Néel temperature）指的是反鐵磁(ci)性材(cai)料(liao)（或亞(ya)鐵磁(ci)性材(cai)料(liao)）由反鐵磁(ci)狀態(tai)(tai)（或亞(ya)鐵磁(ci)狀態(tai)(tai)）轉變為順磁(ci)狀態(tai)(tai)的臨(lin)界溫(wen)度。 卡羅來(lai)納(na)大學電氣和計算機工程與材(cai)料(liao)科學教授Daryoosh Vashaee表示：“人們認為，當高于(yu)奈(nai)(nai)耳溫(wen)度時(shi)，自旋(xuan)波產生(sheng)的熱電會減少。然而，我(wo)(wo)們沒有看(kan)到預(yu)期中的下降(jiang)現象(xiang)，我(wo)(wo)們想找(zhao)出(chu)原因。” 在(zai)美國能源部橡樹(shu)嶺國家實驗室，研究小組利用散裂(lie)中(zhong)子源的(de)(de)中(zhong)子頻譜(pu)，來確定物質內部發(fa)生(sheng)的(de)(de)變化。材料科學(xue)家Raphael Hermann表示：“我們觀察到(dao)，即使沒有持(chi)續性的(de)(de)自旋波(bo)，局部的(de)(de)離子團(tuan)簇也(ye)能夠(gou)將(jiang)它們的(de)(de)自旋關聯足(zu)夠(gou)長時間，產(chan)生(sheng)可見磁漲(zhang)落。”研究小組證明，這些自旋波(bo)的(de)(de)壽(shou)命大約(yue)為30飛秒(miao)，足(zu)夠(gou)曳引電(dian)(dian)子電(dian)(dian)荷(he)，這只需要大約(yue)1飛秒(miao)，或1千(qian)萬(wan)億分之(zhi)一(yi)秒(miao)。Hermann說：“因此(ci)，短暫的(de)(de)自旋波(bo)可以推動電(dian)(dian)荷(he)，并產(chan)生(sheng)足(zu)夠(gou)的(de)(de)熱電(dian)(dian)，阻(zu)止發(fa)生(sheng)預期中(zhong)的(de)(de)下降現象(xiang)。” 俄亥俄州立(li)大學(xue)機(ji)械與(yu)航(hang)天(tian)工程教(jiao)授Joseph Heremans表(biao)示：“在(zai)(zai)這(zhe)項(xiang)研究之前(qian)，人們認(ren)為(wei)，只(zhi)有(you)在(zai)(zai)磁(ci)(ci)(ci)性(xing)有(you)序(xu)材料(liao)中，才(cai)能(neng)產生(sheng)磁(ci)(ci)(ci)振子(zi)曳引(yin)，而在(zai)(zai)順(shun)磁(ci)(ci)(ci)性(xing)材料(liao)中不能(neng)產生(sheng)。因為(wei)最好(hao)的(de)熱電(dian)材料(liao)是半(ban)導(dao)體(ti)，我(wo)們知道在(zai)(zai)室溫(wen)或更(geng)高(gao)溫(wen)度下沒有(you)鐵磁(ci)(ci)(ci)半(ban)導(dao)體(ti)，所以，我(wo)們從來(lai)沒想過(guo)，在(zai)(zai)實際應用(yong)中，可以利用(yong)磁(ci)(ci)(ci)振子(zi)曳引(yin)來(lai)提高(gao)熱電(dian)效率。這(zhe)一新(xin)發現(xian)徹底改變了這(zhe)種認(ren)識，現(xian)在(zai)(zai)，我(wo)們可以對(dui)順(shun)磁(ci)(ci)(ci)性(xing)半(ban)導(dao)體(ti)進行(xing)研究。” 中國科學院教授Huaizhou Zhao稱：“我(wo)們(men)觀察到，在低于或接近(jin)奈耳溫度(du)時，塞貝克系數突然崛起，并且一直持(chi)續至高溫狀態。我(wo)們(men)懷(huai)疑，一定發(fa)生了(le)一些與自旋有關的重(zhong)要反應。所(suo)以(yi)，我(wo)們(men)組(zu)成(cheng)研究團隊，從而為這一發(fa)現奠定基礎。” Vashaee表示：“在熱(re)電效應中，自旋(xuan)(xuan)通(tong)過(guo)減輕泡利(li)斥力對電子(zi)的影響，為熱(re)電學領域(yu)提(ti)供(gong)新范(fan)例。通(tong)過(guo)自旋(xuan)(xuan)塞貝克效應，發現自旋(xuan)(xuan)電子(zi)學新領域(yu)。如(ru)同在該(gai)效應中看到的，自旋(xuan)(xuan)角動(dong)量被轉移(yi)到電子(zi)上(shang)。自旋(xuan)(xuan)波（即(ji)磁(ci)振子(zi)）和(he)順(shun)磁(ci)狀態下(xia)的局(ju)部(bu)磁(ci)化熱(re)漲落（即(ji)順(shun)磁(ci)性(xing)），將(jiang)它(ta)們的線性(xing)動(dong)量傳(chuan)遞給(gei)電子(zi)，并(bing)產生熱(re)電。” |
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