日本研究人員首次觀察到橫向湯姆遜效應，這是一種熱電現象，通過改變磁場方向來控制加熱和冷卻流的方向。
熱與電的相互作用的科學理解可以追溯到19世紀。當時，物理學家僅理論上提出了橫向湯姆遜效應的存在，該效應指的是電流和溫度梯度流動的方向。如今，日本物理學家首次證明了這一效應的確存在。
想像一種設備，可以通過改變磁場主動在加熱和冷卻之間切換，而不需要分開的加熱和冷卻單元，或像佩爾捷冷卻器那樣反轉電流方向，這可能具有顛覆性。
關鍵在於角度
在《自然物理學》上發表的一項研究中，由名古屋大學的高橋篤和東京大學的內田健一領導的研究團隊報告了在半金屬合金 Bi88Sb12 中觀察到橫向湯姆遜效應的結果。
研究作者指出：“我們的實驗和分析揭示了常規湯姆遜效應和橫向湯姆遜效應之間的本質區別。”
“前者僅依賴於塞貝克係數的溫度導數，而後者則依賴於溫度導數和能斯特係數的大小。橫向湯姆遜效應的觀察為主動熱管理技術提供了一個新概念。”
物理學家在觀察橫向湯姆遜效應時遇到了困難，因為競爭的熱佩爾捷和艾廷豪森效應相互干擾。
改變材料
然而，研究人員使用了一種半金屬的銻和鉍導體，這部分解釋了為何過去未能實現該效應。他們選擇這種材料是因為其在室溫下具有強能斯特效應。
他們通過在垂直角度施加電流和磁場，觀察 Bi88Sb12 材料中的加熱和冷卻。這種材料特別適合最終實現所需的效果。隨著電流在材料中沿長度流動，他們在一側施加熱量，而不是在兩端，並從上方施加磁場。
為了避免信號隔離的問題，日本研究人員使用紅外相機觀察樣本在施加周期性電流時的熱響應。
“通過從拍攝的熱圖像中提取與施加電流相同頻率振蕩的溫度調製成分，我們能夠將熱電信號與焦耳加熱隔離。”
一旦他們認識到橫向湯姆遜效應的空間分佈與其他競爭效應不同，就能夠在有無溫度梯度的情況下進行測量。然後，他們將結果相減以隔離純橫向湯姆遜信號。
他們發現通過改變磁場方向可以在加熱和冷卻之間切換，這讓他們感到驚訝，並可能改善橫向熱電冷卻設備的性能。
目前，研究人員打算繼續尋找最有利於產生橫向湯姆遜效應的材料，這將成為未來研究的重要方向。
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