O Instituto Nacional de Ciência de Materiais (NIMS) conseguiu observar diretamente o "efeito anisotrópico magneto-Thomson", um fenômeno no qual a absorção/liberação de calor proporcional a uma diferença de temperatura aplicada e corrente de carga (isto é, efeito Thomson) muda anisotropicamente dependendo na direção de magnetização em materiais magnéticos.



Espera-se que esta pesquisa leve a um maior desenvolvimento da física básica e da ciência dos materiais relacionada à área de fusão da termoelétrica e spintrônica, bem como ao desenvolvimento de novas funcionalidades para controlar a energia térmica com magnetismo. O estudo foi publicado na revista Physical Review Letters .

O efeito Thomson é há muito conhecido como um dos efeitos termoelétricos fundamentais em metais e semicondutores, juntamente com os efeitos Seebeck e Peltier, que são os princípios condutores das tecnologias de conversão termoelétrica.

Embora a influência do magnetismo nos efeitos Seebeck e Peltier tenha sido estudada há muitos anos, não foi esclarecido como o efeito Thomson é afetado pelos campos magnéticos e pelo magnetismo porque a conversão termoelétrica do efeito Thomson é geralmente pequena e sua medição e quantitativa os métodos de estimativa não foram totalmente estabelecidos.

Sob tais circunstâncias, o NIMS relatou em 2020 um resultado experimental no qual se observou que o efeito Thomson em condutores não magnéticos mudava com um campo magnético (ou seja, o efeito magneto-Thomson).

Desta vez, os pesquisadores conseguiram observar o efeito magneto-Thomson anisotrópico em materiais magnéticos por meio de medições térmicas mais precisas. O efeito magneto-Thomson anisotrópico em materiais magnéticos difere do efeito magneto-Thomson convencional em materiais não magnéticos, e esta é a primeira observação direta do fenômeno inexplorado.

A equipe de pesquisa do NIMS usou uma técnica de medição térmica chamada termografia lock-in para medir com precisão a distribuição de temperatura gerada quando uma corrente de carga é aplicada a uma liga ferromagnética Ni₉₅ Ponto₅ ao aplicar uma diferença de temperatura, e verificou como o efeito Thomson muda dependendo da direção da magnetização.

Como resultado, descobriu-se que a quantidade de absorção de calor (ou liberação de calor) gerada no Ni₉₅ Ponto₅ A liga é maior quando o gradiente de temperatura e a corrente de carga são paralelos à magnetização do que quando são perpendiculares à magnetização. Este resultado é consistente com o comportamento esperado das medições dos efeitos Seebeck e Peltier em materiais magnéticos.

Esta pesquisa esclareceu as propriedades fundamentais do efeito magneto-Thomson anisotrópico e estabeleceu técnicas para sua medição quantitativa. No futuro, os pesquisadores continuarão a explorar a física, os materiais e as funcionalidades do efeito magneto-Thomson anisotrópico para investigar novas físicas causadas pela interação de calor, eletricidade e magnetismo, e para desenvolver aplicações para tecnologias de gerenciamento térmico que irão contribuir para melhorar a eficiência e a conservação de energia em dispositivos eletrônicos.

Este projeto foi realizado por Rajkumar Modak (Pesquisador Especial, Centro de Pesquisa de Materiais Magnéticos e Spintrônicos CMSM), NIMS), Takamasa Hirai (Pesquisador, CMSM, NIMS), Seiji Mitani (Diretor, CMSM, NIMS) e Ken-ichi Uchida (Líder de Grupo Distinto, CMSM, NIMS).

Mais informações: Rajkumar Modak et al, Observação do Efeito Magneto-Thomson Anisotrópico, Cartas de Revisão Física (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.206701
Informações do diário: Cartas de revisão física

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