열전 및 전기 에너지의 상호 변환을 가능하게하는 열전 효과는환경 발전 기술(3)YA전자 냉각 기술(4)의 운영 원칙으로 수년 동안 적극적으로 연구되었습니다 이러한 기술은 주로 온도 차이에 비례하는 전압을 생성하는 Seebeck 효과와 전류에 비례하여 열 흡수 및 열 발생을 생성합니다 Thomson 효과는 온도 차동 도체를 통해 전류가 적용될 때 열 흡수 또는 열 발생이 발생하고 1851 년 영국 물리학 자 William Thomson (Sir Kelvin)이 발견 한 현상입니다 Thomson 효과에 의해 생성 된 흡열 및 열은 온도 차이와 제공된 전류에 비례하며, Seebeck 및 Peltier 효과와는 달리, 두 가지 유형의 물질의 결합이 필요한 Thomson 효과에 의한 열전 전환은 단일 물질에서 작동합니다 그러나 Thomson 효과는 때때로 Seebeck 효과의 성능을 결정하기위한 보조 도구로 사용되지만 기본 연구 및 응용 연구에 대한 연구 보고서는 제한적이었습니다
Seebeck, Peltier 및 Thomson Effect 외에도 라이트닝 바카라장이 적용된 도체에서 다양한 열전 효과가 나타나고 자화가있는 라이트닝 바카라 재료가 나타납니다 (그림 2) 열 흐름과 전류의 상호 작용은 라이트닝 바카라장과 라이트닝 바카라 특성을 유발합니다 (스핀(5))의 속성을 통합하여 새로운 물리 원칙과 기능을 만드는 것을 목표로하는 학자들은 다음과 같습니다spincaloritronics(6)라고합니다 Spincaloritronics는 2008 년부터 빠르게 발전한 분야이며, 이전 연구를 통해 다양한 열 전류 전환 현상이 실험 및 이론적 관점에서 연구되었습니다 한편, 톰슨 효과에 대한 라이트닝 바카라장과 라이트닝 바카라의 효과는 지금까지 명확하지 않았으며, 톰슨 효과를 측정하고 평가하는 방법은 완전히 확립되지 않았다
그림 2 : 열, 전기 및 라이트닝 바카라의 상호 작용으로 인한 열전 효과의 대표적인 예
선형 응답 현상 인 SeeBeck 및 Peltier 효과의 경우 입력에 비례하는 출력이 발생하지만 온도 차이와 전류에 비례하는 Thomson 효과는 비선형 열전 전자 효과로 분류 될 수 있습니다 지금까지, 자화 및 스핀으로 인한 다양한 선형 반응 현상은 스핀 칼로리 닉 분야에서 연구되었지만, 비선형 열전 전환에 대한 실험적 연구는보고되지 않았다
이번에는 Uchida와 그의 친구들은 "라이트닝 바카라 톰슨 효과"를 성공적으로 관찰했습니다이 현상은 Thomson 효과의 성능이 세계에서 처음으로 그들에게 적용되는 도체에서 변조되는 현상을 관찰했습니다 이 연구에서, 우리는 라이트닝 바카라장에 크게 의존하는 것으로 알려진 BISB 합금을 사용하여 라이트닝 바카라 톰슨 효과를 관찰했습니다 BISB 합금을 막대 모양으로 처리하고 중심에 히터를 부착함으로써, 우리는도 1에 개략적으로 도시 된 바와 같이, 시편의 영역 A 및 B에서 온도 구배 방향이 반전되는 상황을 만들었다이 샘플을 통해 전류가 전달되는 경우, Thomson 효과가 발생하면 영역 A 및 영역 B의 온도 변화가 발생합니다 Thomson 효과로 인한 온도 변화가 외부 라이트닝 바카라장으로 인해 변화하는 경우, 라이트닝 바카라 Thomson 효과가 입증 될 수 있습니다
이 실험에서, 우리는 자물쇠 고립 촬영 방법이라는 열 이미징 기술을 사용하여 전류가 BISB 합금 샘플에 적용될 때 온도 분포를 측정함으로써 라이트닝 바카라 톰슨 효과를 관찰했습니다 (그림 3 (a)) 라이트닝 바카라 Thomson 효과의 존재를 입증하기 위해서는 Thomson 효과 및 기타 열전 효과와 같은 배경 신호 (그림 2 참조) 및 Joule Heat와 같은 온도 변화를 분리해야하지만 전통적인 열계 방법은 이러한 신호의 중첩을 측정합니다 반면, 잠금 장치 열로지 방법은 적외선 카메라를 사용하여 표면의 온도 분포를 측정하면서 주기적으로 변화하는 전류를 샘플에 적용합니다푸리에 분석(7)에 의해 전류와 동일한 주파수에서 다른 온도 변화 만 선택적으로 추출함으로써, 열전 효과에서 파생 된 신호 만 시각화 될 수있다 (도 3 (a), (d)) 온도 구배 및 전류가 샘플에 적용될 때 톰슨 효과에서 파생 된 신호가 발생하기 때문에 온도 구배 없이도 다른 열전 효과가 발생하므로, 관찰 된 열 이미지의 히터 출력 의존성을 측정함으로써 톰슨 효과의 기여를 정확하게 평가할 수 있습니다 이 기술을 사용하여, 우리는 라이트닝 바카라장의 적용으로 인해 BISB 합금 샘플에서 발생하는 온도 변화가 어떻게 변화하는지 자세히 측정하고 평가했습니다
실험의 결과로, 흡열 및 열 발생 신호는 양의 온도 구배를 갖는 영역 A와 음의 온도 구배를 갖는 영역 B 사이에 징후가 뒤집힌 BISB 합금 샘플에서 관찰되었다 (도 3 (b)) 흡열 및 열 발생 신호의 징후 역전은도 1에 개략적으로 도시 된 Thomson 효과의 거동과 일치하며, 또한 "온도 및 전류에 비례하는 흡열 및 열 발생 신호의 크기"의 특징을 충족시킨다 라이트닝 바카라장을 적용하는 동안 유사한 측정이 수행되었고,도 3 (c)에 도시 된 바와 같이, 톰슨 효과로부터 유래 된 흡열 및 열 발생 신호가 상당히 증가한 것으로 밝혀졌다 톰슨 효과의 향상은 09 T의 라이트닝 바카라장에서 90% 이상에 도달했으며 (도 3 (e)), 이는 BISB 합금에서의 라이트닝 바카라 톰슨 효과의 기여가 라이트닝 바카라장 독립적 성분과 비슷하다는 것을 나타낸다
그림 3 : 잠금 장치 열망 방법을 사용한 라이트닝 바카라 톰슨 효과의 열 이미징 측정
(a) 잠금 열의 개념 다이어그램 (b), (c) BISB 합금 샘플에 대한 Thomson 효과의 측정 결과 잠금 진폭 이미지는 Thomson 효과에서 파생 된 온도 변화 신호의 크기를 나타내고, 잠금 위상 이미지는 부호를 나타냅니다 라이트닝 바카라장의 적용은 잠금 진폭 이미지의 온도 변화를 증가시킨다 (d) 제곱 파 교류 전류가 샘플을 통과 할 때 발생하는 Thomson 신호의 시간 변화 전류가 잠금 진폭 이미지 및 위상 이미지로 출력되는 것과 동일한 주파수로 변동하는 온도 변화 만 추출 한 결과 (e) BISB 합금 샘플에서 톰슨 신호의 라이트닝 바카라장 의존성
라이트닝 바카라 Thomson 효과의 첫 번째 관찰은 열전전과 기본 과학 및 Spincaloritronics 분야의 적용 기술에서 더욱 발전 할 것으로 예상됩니다 지금까지 Thomson 효과의 적용은 제한적이지만, 라이트닝 바카라 Thomson 효과는 기존의 열전 효과와 비교할 수있는 큰 출력을 나타내는 것으로 밝혀 졌기 때문에 (Seebeck Effect 및 Peltier 효과), 이는 열, 전기 및 라이트닝 바카라의 상호 작용으로 인한 새로운 열 에너지 제어 기술의 생성으로 이어질 수 있습니다
기본 과학 분야의 중요한 개발은 Thomson 효과와 라이트닝 바카라장 및 자화에 대한 의존성을 평가하기위한 매우 다양하고 신뢰할 수 있고 재현 가능한 측정 방법을 확립하는 것입니다 이 연구에서, 우리는 비자 도체에 외부 라이트닝 바카라장을 적용함으로써 발생하는 라이트닝 바카라 톰슨 효과를 관찰했다 도 2에 도시 된 바와 같이, 스핀 칼로리 닉 분야에서 아직 관찰되거나 개발되지 않은 물리적 현상은 라이트닝 바카라 몸체 및 이들의 복합 구조에서 자화 및 스핀 의존성 톰슨 효과를 개발할 것으로 예상된다 이번에 확립 된 측정 및 평가 기술을 사용하여 새로운 Spincaloritronic 현상을 계속 개발하고 이에 기반한 열전 전환 기능을 보여줄 것입니다
제목 : Magneto-Thomson 효과의 관찰
저자 : Ken-ichi Uchida, Masayuki Murata, Asuka Miura 및 Ryo Iguchi
잡지 :물리 검토 편지
게시 날짜 및 시간 : 10:00, 2020 년 9 월 2 일 동부 시간 (11:00, 일본 시간, 23:00, 일본 시간)