Японские ученые сделали шаг, который может заметно приблизить создание более эффективных термоэлектрических материалов. Команда под руководством доцента Масахару Мацунами из Технологического института Тойоты, работавшая совместно с доцентом Киехисой Танакой из Национального института естественных наук, впервые смогла наглядно «увидеть» то, что раньше оставалось лишь в расчетах. Речь идет об энергетически зависимом рассеянии электронов, которое напрямую влияет на рабочие характеристики таких материалов. Для этого исследователи применили угол-разрешающую фотоэлектронную спектроскопию.
Термоэлектрики ценят за способность превращать «лишнее» тепло в электричество, то есть фактически возвращать в дело энергию, которая обычно просто теряется. Долгое время свойства подобных материалов пытались объяснять через энергетическую зависимость плотности электронных состояний. Однако в последние годы стало ясно: для ряда высокоэффективных соединений одного этого параметра недостаточно, и нужно учитывать еще и то, как именно электроны рассеиваются при разных энергиях.
В качестве объекта выбрали материал YbCu2Si2, известный аномальным термоэлектрическим поведением из-за эффекта Кондо. В экспериментальных данных по плотности состояний ученые зафиксировали характерный пик, связанный с этим эффектом. Но ключевым оказалось другое: время релаксации, то есть промежуток, за который электроны успевают рассеяться, резко менялось по направлению к энергии Ферми на границе указанного пика. Именно это изменение отражает «динамику» электронов.
При попытке объяснить свойства YbCu2Si2 выяснилось, что нужный положительный наклон у энергии Ферми не обеспечивается плотностью состояний, зато выполняется за счет поведения времени релаксации. Тем самым было показано: в данном случае решающую роль играет рассеяние электронов, а не привычная для обычных материалов картина по плотности состояний. Это стало первым экспериментальным подтверждением того, что электронная динамика может быть главным ключом к высокой эффективности термоэлектриков, а управление рассеянием в перспективных соединениях способно повысить их производительность и ускорить внедрение технологии в реальную практику (источник: response.jp).
