Fizycy przewidywali ten fenomen, ale brakowało im dowodów. Długo wyczekiwany efekt wreszcie ujarzmiony

Na czym polega różnica między klasycznym a poprzecznym efektem Thomsona

Tradycyjny efekt Thomsona znany jest nauce od XIX wieku i opisuje sytuację, gdy prąd elektryczny oraz gradient temperatury działają równolegle w materiale. Nowo zaobserwowane zjawisko funkcjonuje zupełnie inaczej. W nowym wydaniu ma ono miejsce, gdy ładunek i ciepło poruszają się pod kątem prostym pod wpływem pola magnetycznego. Japońscy badacze wykorzystali cienki stop bizmutowo-antymonowy (Bi88Sb12), który wykazuje zmianę temperatury w całej swojej objętości przy jednoczesnym działaniu prądu, przepływu ciepła i pola magnetycznego w trzech prostopadłych kierunkach. Co ciekawe, kierunek tej zmiany można kontrolować poprzez odwrócenie pola magnetycznego.

Czytaj też: Grafen łamie fundamentalne prawo fizyki. Aż trudno uwierzyć w jego zachowanie

Podczas gdy klasyczny efekt Thomsona zależy od zmian współczynnika Seebecka wraz z temperaturą, poprzeczna wersja tego zjawiska czerpie swoją siłę z efektu Nernsta. To fundamentalna różnica w fizyce obu procesów. Kluczem do sukcesu okazała się opracowana przez japoński zespół zaawansowana technika pomiarowa. Termografia lock-in pozwoliła na wyizolowanie bardzo słabego sygnału poprzecznego efektu Thomsona spośród innych zjawisk termicznych. Metoda ta umożliwia detekcję minimalnych oscylacji temperatury z niebywałą precyzją.

Wybór stopu Bi88Sb12 nie był przypadkowy, ponieważ materiał ten od dawna znany jest z dużego współczynnika Nernsta, co czyniło go idealnym kandydatem do demonstracji nowego zjawiska.

Co dalej w planach fizyków?

Odkrycie japońskich naukowców otwiera interesujące możliwości w dziedzinie zarządzania ciepłem. Możliwość przełączania urządzenia z trybu grzania na chłodzenie poprzez prostą zmianę kierunku pola magnetycznego może uprościć kontrolę temperatury w różnych urządzeniach elektronicznych. Taka elastyczność sugeruje, że zamiast projektować oddzielne układy grzewcze i chłodzące, inżynierowie mogliby tworzyć kompaktowe rozwiązania działające w obu trybach. Brzmi obiecująco, choć na razie pozostaje w sferze laboratoryjnych eksperymentów.

Czytaj też: Przez półtora wieku świat fizyki był w błędzie. Jeden eksperyment zmienił wszystko, co wiemy o efekcie Halla

Badacze planują już kolejne kroki, skupiając się na poszukiwaniu nowych materiałów, w których składowe współczynnika Thomsona wzajemnie się wzmacniają. Taka synergia mogłaby znacząco poprawić efektywność całego zjawiska. Kolejnym ciekawym kierunkiem badań jest wykorzystanie materiałów magnetycznych, które pozwoliłyby na działanie bez zewnętrznego pola magnetycznego. To mogłoby dodatkowo uprościć potencjalne aplikacje. Już samo potwierdzenie istnienia zjawiska przewidywanego teoretycznie od ponad wieku to niewątpliwy sukces naukowy. Japońskim badaczom udało się nie tylko zaobserwować poprzeczny efekt Thomsona, lecz także opracować metodologię jego badania.