Ако контактите между последователно съединени разнородни метални проводници имат различни температури, това води до възникване на електрично поле.
Феноменът, известен като ефект на Зеебек (или просто термоелектрически ефект), е открит отдавна – преди 200 години – и днес се използва доста широко, от космически сонди до земни термоелектрогенератори.
И ето, учените от Швейцарската политехническа школа в Лозана отначало предсказали теоретично, а след това потвърдили експериментално магнитния ефект на Зеебек – създавайки температурна разлика по изолатора, те успели да получат магнитно поле.
И това е напредък с доста вероятно практическо приложение както в електрониката изобщо, така и в новия тип транзистори в частност.
Ефектът на Зеебек е движение на електрони в проводник в отговор на наличието на температурен градиент. Средно електроните от горещия край на проводника имат по-голяма кинетична енергия, във връзка с което постепенно мигрират от горещата към студената страна.
Използвайки изолатор вместо проводник, група учени начело с Жан-Филип Ансерм показали нещо фундаментално сходно, макар и със съвършено други последствия. В диелектрик (или полупроводник в непроводящо състояние) електроните не могат да текат, така че, макар температурният градиент да придава на електроните в нагрятата част на изолатора допълнителна кинетична енергия, тези частици не проникват в по-студените области – тъй като просто не могат.
Но електроните имат спин, а в диелектрика температурният градиент се мени. При определени условия това води до възникване на магнитно поле, перпендикулярно на посоката на температурния градиент. Както и в термоелектрическия ефект, силата на такъв термомагнетизъм е правопропорционална на температурния градиент по изолатора.
За да открият ефекта експериментално, швейцарските учени използвали т.нар. желязо-итриев гранат. Както станало ясно, посоката на магнитните вълни, разпространяващи се по изолатора, влияло на степента на загуба на магнетизация. Когато посоката на вълните съвпадала с ориентацията на температурната разлика по образеца желязо-итриев гранат, загубата на магнетизация била относително малка. Когато магнитните вълни се разпространявали срещу посоката на температурния градиент, тя се увеличавала.
Теоретично откритието се основава на термодинамичния формализъм, разработен някога от известния швейцарски физик Ернст Щюкелберг. На негова основа Силвен Бреше, водещ автор на изследването на магнитния ефект на Зеебек, е извел уравнение, предсказващо термомагнитния ефект.
Посоката на разпространение на магнитните вълни от студената към горещата част на изолатора (горе) и обратно (долу).
© Jean-Philippe Ansermet et al.
Макар че откритието тепърва предстои да се оцени и да се разберат всичките му възможни приложения, още сега е очевидно, че то ще е приложимо най-малкото в спинтрониката – активно развиваща се алтернатива на традиционната електроника, където предаването на сигнала се основава по-скоро на спина на електроните, отколкото на техния заряд и придвижване.
Отчет за изследването е публикуван в сп. Physical Review Letters, а кратката му версия е достъпна на сайта arXiv.
Източник: EPFL
