NIMS研究小组首次证明，热电和磁性材料层的简单堆叠可以表现出比现有磁性材料大得多的横向热电效应(其中相互正交流动的电流和热流之间的能量转换)能够表现出反常的能斯特效应。这种机制可用于开发可用于能量收集和热通量传感的新型热电装置。

热电与磁性材料相结合产生异常大的横向热电效应

近年来，基于塞贝克效应的能够将废热和其他热源转化为电能的热电技术得到了广泛的研究。塞贝克效应通常产生与相关热流平行流动的电流(即纵向热电效应)。这种物理限制要求基于塞贝克效应的设备具有复杂的结构，从而导致使用寿命缩短和制造成本增加。

另一方面，通过利用横向热电效应(例如反常能斯特效应)，热电器件可以具有比基于塞贝克效应的器件简单得多的结构，这使得它们在能量收集和热通量传感方面具有潜在的用途。然而，目前由反常能斯特效应导致的室温热电转换性能非常低，在室温下1K温差可以产生不到10μV的电力，这是一个主要缺点。

研究小组制造了一种结构非常简单的热电复合材料——一对紧密堆叠的热电和磁性材料层，以便电流可以流过它们。该设备能够表现出的横向热电效应明显大于仅由现有磁性材料产生的横向热电效应，这些磁性材料能够在同类实验中首次展示反常能斯特效应。

为了实现大横向热电效应，团队首先构建了理论模型，并估计了能够表现出大塞贝克效应的成对热电硅(Si)基板与磁性铁镓(Fe-Ga)合金薄层之间的最佳厚度比。电影。然后，该团队将Fe-Ga薄膜以最佳厚度比堆叠在Si衬底上。根据反常能斯特效应，这种复合材料产生的最大输出电压为15.2μV/K，大约比单独使用Fe-Ga合金(2.4μV/K)的输出电压大六倍。

研究小组证明，由一对直接接触的热电和磁性材料层组成的简单层状结构能够产生比单独使用时能够表现出反常能斯特效应的磁性材料大得多的横向热电效应。该复合材料有望广泛应用于实际热电器件中。

展望未来，研究范围将扩大到实际应用所需的大块材料，旨在通过热电发电装置的应用为社会节能做出贡献。

该项目由周伟南(NIMS国际青年科学家中心ICYS研究员)、YuyaSakuraba(NIMS磁性与自旋电子材料研究中心(CMSM)磁性功能器件组组长)、Ken-ichi共同完成Uchida(自旋热电子组杰出组长，CMSM，NIMS)和TaisukeSasaki(纳米结构分析组组长，CMSM，NIMS)。