Os materiais termoelétricos têm a capacidade de gerar eletricidade quando uma diferença de temperatura é aplicada a eles. Por outro lado, eles também podem gerar um gradiente de temperatura quando a corrente é aplicada a eles. Portanto, espera-se que esses materiais encontrem uso como geradores de energia de dispositivos eletrônicos e refrigeradores ou aquecedores de dispositivos de controle de temperatura. Para desenvolver essas aplicações, é necessário um material termoelétrico de alta tensão termoelétrica (chamado thermopower S), mesmo com aplicação de baixa energia térmica. No entanto, os materiais termoelétricos convencionais apresentam alta eficiência de conversão em altas temperaturas, enquanto existem apenas alguns candidatos que apresentam alto desempenho de conversão abaixo da temperatura ambiente.
Recentemente, uma equipe de pesquisadores da Tokyo Tech, liderada pelo professor associado Takayoshi Katase, desenvolveu um novo método para aumentar significativamente o S em baixas temperaturas. Em um artigo recente publicado em Nano Letters , a equipe relatou um aumento incomumente grande de S observado em estruturas laminadas feitas de um filme ultrafino de óxido de metal de transição LaNiO₃ ensanduichado entre duas camadas isolantes de LaAlO₃ .

"Esclarecemos que o aumento inesperado em S não foi causado pelo fenômeno termoelétrico usual, mas pelo "efeito fônon-arrasto" decorrente da forte interação de elétrons e fônons. elétrons para produzir uma tensão termoelétrica extra quando uma diferença de temperatura é aplicada. Esse fenômeno não é observado em LaNiO₃ bulk, mas aparece ao reduzir a espessura da camada de LaNiO₃ filme e confiná-lo entre o isolamento LaAlO₃ camadas", explicou o Dr. Katase.

Ao reduzir a espessura do LaNiO₃ filmes para apenas 1 nm e intercalando o filme entre LaAlO₃ camadas, a equipe foi capaz de aumentar S pelo menos 10 vezes. Esse aprimoramento foi observável para uma ampla faixa de temperaturas de até 220 K. As análises experimentais revelaram que o efeito de arrasto de fônon se originou da interação elétron-fônon aprimorada por elétrons massivos confinados no LaNiO₃ camada e os fônons fluentes vazando do LaAlO superior e inferior₃ camadas.

"As descobertas deste estudo podem ser usadas para explorar novos materiais termoelétricos de alto desempenho, projetando as estruturas laminadas de diferentes óxidos que podem melhorar a geração de energia e a utilização de combustível", conclui o Dr. Katase. + Explorar mais

Quebrando o problema do trade-off que limita a eficiência da conversão termoelétrica do calor residual