Uma nova maneira de gerar eletricidade em materiais especiais chamados ímãs de Weyl foi descoberta por físicos da Universidade de Tóquio. O método explora gradientes de temperatura, diferenças de temperatura em todo o material. Isso pode abrir caminho para dispositivos de sensoriamento remoto sem manutenção ou até mesmo implantes médicos.

"Nosso método explora um fenômeno chamado efeito Nernst anômalo, que nunca foi usado dessa forma antes, "diz o professor Satoru Nakatsuji do Instituto de Física do Estado Sólido." Imagino que esta possa ser a fonte de energia para uma nova geração de baixa potência, dispositivos eletrônicos de baixa manutenção. Criamos algo que os engenheiros de pequenos dispositivos estão esperando. "

Então, o que é esse efeito Nernst anômalo e como ele pode levar a um salto tão grande?

"O efeito Nernst anômalo é quando uma peça de metal magnetizada gera uma voltagem sujeita a um gradiente de calor através dela, então é mais quente de um lado e mais frio do outro, "explica Nakatsuji. Isso é semelhante a um fenômeno mais estabelecido chamado efeito Seebeck, que é responsável pela geração de energia em termopilhas, os componentes funcionais de geradores termoelétricos. Eles são usados ​​em sondas do espaço profundo, como Voyager e New Horizons, entre outras coisas. Com o efeito Seebeck, a tensão é gerada entre as regiões quentes e frias do metal em questão, então é paralelo ao gradiente de temperatura. O efeito Nernst anômalo, no entanto, gera uma tensão ao longo do comprimento de uma peça de metal magnetizada, perpendicular ao gradiente de temperatura.

Os pesquisadores observaram esse efeito em um tipo especial de metal (Co2MnGa) conhecido como ímã Weyl. Isso fornece a primeira evidência clara da existência de férmions de Weyl em um material, partículas elementares que dão aos ímãs de Weyl suas propriedades únicas. E existem implicações práticas importantes. Os dispositivos são muito mais simples do que aqueles usados ​​para o efeito Seebeck, filmes finos em oposição a estruturas semelhantes a pilares, graças a essa voltagem perpendicular em vez de paralela. Portanto, eles são flexíveis e podem ser feitos em uma variedade de formas úteis. "Nossos materiais, sendo muito mais comum e completamente não tóxico também significa que os dispositivos podem ser muito mais baratos de produzir, "diz Nakatsuji." O melhor de tudo, ao contrário dos dispositivos anteriores, eles são eficientes em temperatura ambiente, portanto, a produção em massa de tais dispositivos está em nossa mira. "

Há um porém, em que o método geralmente produz cerca de 0,1% da voltagem do sistema de efeito Seebeck equivalente, cerca de 0,1 microvolts em comparação com 100 microvolts, portanto, podemos não ver essa tecnologia em sondas espaciais tão cedo. "Contudo, pretendemos tornar nosso método comparável ao efeito Seebeck em termos de eficiência, "diz Nakatsuji." E mesmo antes disso, dadas as outras vantagens, esta tecnologia pode ter uma adoção rápida e generalizada. "Desde a descoberta das termopilhas magnéticas Weyl em 2015, que exibem o efeito Nernst anômalo, houve um aumento mil vezes maior em sua eficiência de geração de energia, com esta descoberta recente observando 8 microvolts por Kelvin, toda uma ordem de magnitude de aumento em relação ao valor máximo relatado anterior de cerca de 0,1 microvolt por Kelvin.

Os engenheiros se esforçam continuamente para melhorar a eficiência energética dos dispositivos e das fontes que fornecem essa energia. Um objetivo geral é criar dispositivos funcionais, como sensores, que poderia ser colocado para trabalhar e depois deixado sozinho, sem a necessidade de manutenção ou substituição de baterias. Eles gerariam energia com seus próprios dispositivos Weyl-termopilha usando o calor ambiente ou residual ou talvez até mesmo a luz solar. Os cientistas da computação também podem estar interessados ​​nessas descobertas, pois os ímãs de Weyl podem ser úteis em alta velocidade no futuro, tecnologias de armazenamento de dados de alta densidade.

O estudo é publicado em Física da Natureza .