با به کارگیری نانولایه‌های دوبعدی مغناطیسی، محققان ساختاری را مهندسی کردند که می‌تواند از اختلاف دمای یک سطح برق تولید کند.
تولید برق از گرمای هدررفته، مقرون‌به صرفه‌تر می‌شود
سیستم‌های ترموالکتریک روشی سبز و پایدار برای برداشت انرژی از هر نوع گرما هستند که اگر از آن‌ها استفاده نشود، هدر می‌روند. در هسته این فرآیند تبدیل انرژی اثری موسوم به Seebeck است که از اختلاف دمای موجود در سطح ماده می‌تواند ولتاژ ایجاد کند.
با این حال، با وجود بیش از ۱۰۰ سال تحقیقات جدی، بازده مواد ترموالکتریک هنوز پایین‌تر از موتورهای گرمای معمولی است که این موضوع باعث می‌شود اثر ترموالکتریک کاربرد محدودی داشته باشد.
یکی از تلاش‌های اصلی دانشمندان، یافتن راهکارهای جدید برای بهبود این کارآیی است. در مقاله‌ای با عنوان “تأثیر اسپین آنتروپی بر روی خواص ترموالکتریک یک آهنربای دوبعدی” که در نشریه Nano Letters منتشر شده است، محققان یک راه‌حل جدید ارائه کرده‌اند که در ان از لایه‌های مغناطیسی دوبعدی استفاده می‌شود.
خواص ترموالکتریک به طور قابل توجهی تحت تأثیر آنتروپی قرار می‌گیرد. بنابراین، تمام مکانیسم‌هایی که چنین پارامترهایی را افزایش می‌دهند می توانند بازده تبدیل دستگاه برداشت انرژی را بهبود بخشند. در مواد مغناطیسی دوبعدی، دو عامل اضافی می‌توانند آنتروپی را تغییر دهند: اولی ترتیب مغناطیسی است که سهم “اسپین-آنتروپی” را مشخص می‌کند و دومی تعداد لایه‌هایی است که یک حامل بار می‌تواند در یک ماده لایه‌ای دوبعدی به آن دسترسی پیدا کند، این لایه‌ها نیز می‌توانند آنتروپی اضافی ایجاد نمایند.
در این مقاله، خواص حمل و نقل الکتریکی و ترموالکتریک CrSBr به عنوان ماده آنتی فرومگنت دوبعدی اندازه‌گیری می‌شود، در حالی که همزمان با تغییر دمای نمونه یا با استفاده از یک میدان مغناطیسی خارجی، ترتیب مغناطیسی این ماده تغییر داده می‌شود. محققان در این مقاله می‌گویند که پاسخ ترموالکتریک با دما افزایش می‌یابد زیرا الکترون‌ها و اسپین‌‌ها بسیج می‌شوند تا به بیشینه دمای نیل (Néel) انتقال فاز مغناطیسی برسد.
علاوه بر این، نشان داده شده است که یک میدان مغناطیسی می‌تواند فاکتور قدرت ترموالکتریک را تا ۶۰۰ ٪ در دمای پایین افزایش دهد.
محققان نشان دادند که چگونه استفاده از آهن‌ربا می‌تواند بر محدودیت دستگاه‌های برداشت انرژی معمولی غلبه کند، زیرا با تغییر فاز مغناطیسی می‌توان خصوصیات ترموالکتریک آن‌ها را بهینه کرد و بنابراین تأثیر آنتروپی اسپین را تنظیم نمود.
