Сверхпроводники научили создавать ток из тепла

Сверхпроводники научили создавать ток из тепла

Физики из Технологического Института в Карлсруэ экспериментально добились возникновения сильного термоэлектрического эффекта в контакте сверхпроводник-ферромагнетик. Это явление, родственное эффекту возникновения термоэлектричества в полупроводниках, оказалось по силе на порядки сильнее, чем в обычных металлах и может найти применение в создании сверхточных термометров. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters (препринт), кратко о нем сообщает Physics.

Классический эффект Зеебека связан с асимметрией в свойствах электронов и дырок в твердом теле. Он возникает, если взять два различных материала и соединить их в электрическую цепь, поддерживая при этом разницу температур в местах скрепления. Эта асимметрия приводит к тому, что энергия электронов в разных точках цепи оказывается различной, в результате чего возникает электрический ток.

В сверхпроводниках такой асимметрии не наблюдается — поэтому авторы создали ее искусственно, следуя теоретической работе, опубликованной в 2014 году. Для этого физики создали многослойный контакт, состоящий из полоски сверхпроводящего алюминия, поверхность которого была покрыта тонкой пленкой непроводящей окиси, полоски железа и медного контакта поверх них. Всю конструкцию авторы поместили в сильное магнитное поле с индукцией в 0,5-1 тесла и охладили до 50 милликельвинов. 

Первый из контактов в системе — туннельный, частицы могут проникать сквозь него лишь посредством квантового эффекта — туннелирования. При этом, природа контакта (сверхпроводник-ферромагнетик) создает условия, в которых ток, протекающий через него, зависит от спина частиц. Внешнее магнитное поле в системе вызывает спиновую поляризацию — преимущественное направление спина частиц в материалах, что и приводит к нарушению симметрии электронов и дырок. Ферромагнитный контакт — железная полоска — играл также роль нагревательного элемента, к нему отдельно подводился ток, позволявший измерить термоэлектрический эффект при разных температурах. 

На основе данных эксперимента авторы смогли вычислить коэффициент Зеебека — величину изменения разности потенциалов в цепи соответствующую изменению температуры на один кельвин. Она оказалась равной 100 микровольтам на кельвин. Характерные величины термоэлектрического эффекта для классического контакта двух металлов составляют единицы микровольт на кельвин, достигая 25 микровольт для контакта нихром-платина. Авторы отмечают, что при больших полях значение коэффициента может достигать и единиц милливольт на кельвин. 

Физики предполагают, что продемонстрированный эффект можно использовать в сверхточных термометрах, работающих вблизи абсолютного нуля. Кроме того, можно воспользоваться и обратным возникновению термоэлектричества эффектом — эффектом Пельтье — и очень точно контролировать температуру в каком-либо микрообразце.

Ранее ученые уже предлагали схему температурного сенсора на основе туннельного контакта проводник-изолятор-сверхпроводник. Устройство основано на изменении вольт-амперной характеристики туннельного тока в зависимости от температуры.

Владимир Королёв

N+1

Похожие новости:
Российские физики «научили» сверхпроводники управлять магнитным полем
Сверхпроводимость, которая почти несовместима с магнитным полем, может при определенных условиях способствовать его распространению, выяснили российские ученые. Устройства на базе этого эффекта могут приблизить эпоху компьютеров будущего — спинтронных вычислительных машин. Результаты исследования опубликованы в журнале ..
2015-10-05 1486 0 Научные открытия
0
Физики доказали, что магнитное поле изменяет передачу тепла материалом
Итальянские учёные создали устройство, которое демонстрирует, что магнитное поле может контролировать передачу тепла от одного тела к другому. Это явление было впервые предсказано 50 лет назад физиками Казуми Маки (Kazumi Maki) и Алланом Гриффином (Allan Griffin), которые ..
2012-12-23 1685 0 Научные открытия
0
Физики научились управлять теплом при помощи магнитов
Американские физики сообщили о новом способе управления потоками тепла с помощью магнитов. Результаты исследований авторы опубликовали в журнале Nature Materials, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Университета штата Огайо. В своем эксперименте ученые использовали миниатюрный ..
2015-03-26 3728 0 Научные открытия
1
Французы придумали шапку-невидимку для температуры
Физики разработали новый метод, который позволяет скрывать объекты от теплового воздействия или же наоборот там, где нужно, создавать концентрированные области высоких температур. Чтобы сделать объект невидимым для тепловых датчиков, нет необходимости нагревать или охлаждать его искусственно, считают французы. Можно ..
2012-03-30 1397 0 Научные открытия
0
Загадочному физическому явлению нашли объяснение
Физики из Стэнфордского университета и Национальной ускорительной лаборатории SLAC выяснили механизм работы аномального сверхпроводника титаната стронция, который способен проводить электричество без сопротивления несмотря на то, что не является металлом. Об этом сообщает издание Science Alert.Титанат стронция — это оксид, однако ..
2018-03-27 6022 0 Научные открытия
0
Лазер помог физикам добиться рекордного давления
Группа физиков из Рочестерского университета добилась рекордного сжатия железа - образец в течение нескольких наносекунд подвергался воздействию давления в 5,6 миллиона атмосфер. Работа ученых принята к публикации в журнале Physical Review Letters, а ее краткое изложение приводится в пресс-релизе на сайте ..
2013-08-13 1361 0 Научные открытия
0
Немцы разработали сверхпроводник, работающий при –70°С
Сверхпроводимость впервые была замечена в металлах, охлажденных до температуры, близкой к абсолютному нулю. Далее стараниями учёных, перебиравших почти все подряд элементы таблицы Менделеева, были найдены такие сверхпроводники, которые работали в жидком азоте (это всё ещё слишком низкая ..
2015-08-24 5426 0 Научные открытия
3
Физики МГУ рассказали об измерении важных параметров сверхпроводников
Международная группа ученых при участии исследователей из МГУ провела работу, в результате которой удалось выяснить, как именно нужно измерять один из важных параметров сверхпроводников. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nanoscale Research Letters.Суть работы состоит в теоретическом исследовании ..
2016-05-08 1094 0 Научные открытия
0
Раскрыта тайна спин-орбитального взаимодействия в сверхпроводимости
Международная группа исследователей при участии сотрудника МГУ выяснила, что, вопреки устоявшемуся мнению, существенную роль в механизмах формирования сверхпроводимости в железосодержащих сверхпроводниках (Fe-ВТСП) играет так называемое спин-орбитальное взаимодействие. Статья о проведенном ими исследовании была опубликована в журнале Nature Physics.Спин-орбитальным ..
2015-12-28 1549 0 Научные открытия
0
Химик из МГУ помог пролить свет на теорию сверхпроводимости
Международной группе исследователей впервые удалось продемонстрировать, что распределение кислородных дефектов у сверхпроводящих купратов не является случайным, а показывает упорядоченное поведение, которое взаимодействует с волной зарядовой плотности. Статья на данную тему опубликована в журнале Nature, а коротко о ней сообщается в пресс-релизе ..
2015-09-19 2450 0 Научные открытия
-1
В Азии неожиданно начали расти ледники
Ледниковый покров в Каракорумских горах - одном из крупнейших горных массивов Азии - неожиданно увеличился в размерах за последние несколько лет. Это противоречит общей тенденции уменьшения ледников, наблюдаемой во многих частях света. Согласно итогам нового исследования, опубликованнго в журнале Nature, ..
2012-04-16 1450 0 Научные открытия
0
Американцы создали рекордное магнитное поле
Специалисты Национальной лаборатории в Лос-Аламосе (LANL) создали рекордное магнитное поле – магнитная индукция составила 100 Тесла. Для сравнения – естественное магнитное поле нашей планеты в два миллиона раз меньше. Команда исследователей шла к этому событию без малого 15 лет! Отметим, что магнитное ..
2012-03-26 1846 0 Научные открытия
0
Сверхбыстрый лазер помог изменить свойства твердых материалов
Ученые из США, Южной Кореи и Японии использовали сверхбыстрый (фемтосекундный) лазер для оперативного отслеживания изменений собственной энергии электронов и их взаимодействий в сверхпроводнике. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature Communications, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте ..
2014-10-07 1488 0 Научные открытия
0
Физики опровергли теорию турбулентности
В 1941 году русский физик Андрей Колмогоров разработал теорию турбулентности, которая служила в качестве основного фундамента для нашего понимания этого важного природного явления. Турбулентность возникает, когда поток жидкости характеризуется хаотическими физическими изменениями. Теория ..
2015-03-15 2657 0 Научные открытия
2
Графит заподозрили в сверхпроводимости при комнатной температуре
Физики обнаружили, что обработанный водой порошковый графит при комнатной температуре обладает некоторыми свойствами, характерными для сверхпроводников. Работа ученых опубликованав журнале Applied Materials(препринт), а ее краткое содержание приводит блог издания Technology Review. Необычные электрические свойства у графита удалось ..
2012-09-13 2336 0 Научные открытия
0