Японські матеріалознавці вперше виявили магніто-томсонівський ефект у платівці зі сплаву вісмута і сурми: магнітне поле збільшило на 90 відсотків виділену томсонівську теплоту при протіканні струму по області з градієнтом температур. Метод, що дозволив це вивчити, автори планують застосувати і до інших термоелектричних і термоспинових явищ вищого порядку. Роботу опубліковано в журналі.
Термоелектричні ефекти були відкриті в середині XIX століття і вже давно знайшли застосування в термопарах, елементах Пельтьє і перетворювачах тепла в електрику. Ефекти Зеєбека і Пельтьє доповнюють один одного: в одному під дією градієнта температури виникає різність потенціалів на місцях спайки, а в іншому виникає різність температур через різницю потенціалів. Водночас ефект Томсона об'єднує в собі ці два ефекти: якщо і запустити по провіднику струм, і підтримувати в ньому нерівномірність температури, в одній області додатково буде виділятися томсонівська теплота, а в іншій області вона буде поглинатися. Ця теплота пропорційна щільності струму і градієнту температури в області.
Ефекти Пельтьє і Зеєбека залежать ще й від магнітного поля - ці магнітотермоелектричні ефекти поклали початок спиновій калоритроніці (управління напрямком спинів за рахунок потоків тепла). Однак модуляцію Томсонівської теплоти за допомогою магнітного поля (магніто-томсонівський ефект) вчені досі не спостерігали. Це вирішив зробити Кініті Утіда (Ken-ichi Uchida) з колегами з японського Національного інституту наук про матеріали - для перевірки ефекту вони використовували сплав вісмута і сурьми Bi88Sb12, оскільки його прояв ефекту Зеєбека сильно залежить від температури і доданого магнітного поля.
Щоб спостерігати за магніто-томсонівським ефектом, авторам знадобилося з високою точністю вимірювати зміну температури - це вийшло зробити за допомогою модульованої термографії: через зразок пускали квадратно-модульований струм, а потім вимірювали температуру. Завдяки модуляції вийшло відняти внесок теплоти Джоуля - Ленца (в таких умовах вона не змінюється з часом). На краях вісмут-сурм'яної пластини помістили тепловідводи, а в середину - джерело тепла. Таким чином, в одній області напрямок струму і градієнт температури збігаються (в цій області томсонівська теплота виділяється), а в іншій вони протилежні (тут томсонова теплота навпаки поглинається).
Перешкодити вимірюванням могли паразитні ефект Зеєбека на місцях контакту сплаву з електродом і ефект Еттінгсгаузена (якщо підключити магнітне поле перпендикулярно напрямку струму, то виникне різність температур) - але вчені провели експеримент за відсутності градієнта температур і вирахували його результати з основного експерименту. Перевіряючи працездатність своєї установки за відсутності магнітного поля, вчені впевнилися в лінійній залежності тепла від потужності на нагрівачі і сили струму.
Потім дослідники провели експеримент з перпендикулярним магнітним полем. Виявилося, що томсонівський сигнал (відношення доданої температури до щільності струму і градієнта температур) при додатку магнітного поля з індукцією в 0,9 тесли зростає на 90 ^ 8 відсотків відносно сигналу за відсутності магнітного поля. Тоді як інші транспортні коефіцієнти (електропровідність, теплопровідність і коефіцієнт Зеєбека) змінюються менше, ніж на 20 відсотків.
Автори пропонують використовувати нову техніку вимірювання магнітотермоелектричних ефектів у магнітних матеріалах (наприклад, ефекти Томсона для спинового потоку або спинових хвиль).
Подібні роботи наближають збільшення частки спинтронних пристроїв у побуті, а детальніше про спинтроніку та її застосування вже зараз можна прочитати в нашому матеріалі «Магнетизм електрики».