Creation of flexible spin-caloritronic material with giant transverse thermoelectric conversion by nanostructure engineering

能斯特效应 热电效应 热电材料 纳米结构 材料科学 能斯特方程 凝聚态物理 无定形固体 塞贝克系数 纳米技术 工程物理 物理 热力学 化学 电极 量子力学 有机化学
作者
Ravi Gautam,Takamasa Hirai,Abdulkareem Alasli,Hosei Nagano,T. Ohkubo,Ken‐ichi Uchida,H. Sepehri‐Amin
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1) 被引量:4
标识
DOI:10.1038/s41467-024-46475-6
摘要

Abstract Functional materials such as magnetic, thermoelectric, and battery materials have been revolutionized through nanostructure engineering. However, spin caloritronics, an advancing field based on spintronics and thermoelectrics with fundamental physics studies, has focused only on uniform materials without complex microstructures. Here, we show how nanostructure engineering enables transforming simple magnetic alloys into spin-caloritronic materials displaying significantly large transverse thermoelectric conversion properties. The anomalous Nernst effect, a promising transverse thermoelectric phenomenon for energy harvesting and heat sensing, has been challenging to utilize due to the scarcity of materials with large anomalous Nernst coefficients. We demonstrate a remarkable ~ 70% improvement in the anomalous Nernst coefficients (reaching ~ 3.7 µVK −1 ) and a significant ~ 200% enhancement in the power factor (reaching ~ 7.7 µWm −1 K −2 ) in flexible Fe-based amorphous materials by nanostructure engineering without changing their composition. This surpasses all reported amorphous alloys and is comparable to single crystals showing large anomalous Nernst effect. The enhancement is attributed to Cu nano-clustering, facilitating efficient transverse thermoelectric conversion. This discovery advances the materials science of spin caloritronics, opening new avenues for designing high-performance transverse thermoelectric devices for practical applications.

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