Físicos japoneses confirmam efeito termoelétrico não linear em telúrio quiral

Físicos do Instituto RIKEN no Japão confirmaram experimentalmente um efeito termoelétrico não linear em telúrio, um material semicondutor, validando previsões teóricas. A descoberta aponta para o potencial de materiais similares serem utilizados em aplicações como geração de energia e gerenciamento avançado de calor.

Os materiais termoelétricos podem converter eletricidade em calor e vice-versa. Para a maioria deles, dobrar a tensão através deles dobra o calor que produzem. Mas para alguns materiais especiais, existe uma relação não linear entre tensão e calor.

Tais materiais são úteis para aplicações que exigem que o calor flua em uma direção específica e para gerar eletricidade a partir de flutuações térmicas. Alguns cálculos teóricos haviam previsto que efeitos termoelétricos não lineares ainda mais exóticos ocorreriam em materiais onde os átomos ou moléculas têm uma disposição quiral.

Em um estudo publicado na revista Nature Physics, Tetsuya Nomoto, Fumitaka Kagawa e seus colaboradores, todos do Centro RIKEN para Ciência da Matéria Emergente, confirmaram experimentalmente essas previsões teóricas. Eles demonstraram especificamente que criar uma diferença de temperatura através do semicondutor telúrio e aplicar um campo elétrico perpendicular a ele gera uma tensão na terceira direção perpendicular.

Este efeito é uma variação exótica do efeito Hall, no qual uma corrente fluindo através de um condutor desvia para a direita quando um campo magnético é aplicado perpendicularmente à corrente. Segundo o portal Phys.org, que divulgou a pesquisa, esse efeito poderia ser usado para aplicações de pesquisa.

Nomoto afirmou: ‘Nós esperamos que seja útil no nível de laboratório como uma sonda para investigar propriedades geométricas quânticas dentro dos materiais ou como um meio para determinar a quiralidade dos materiais’. A experiência da equipe em realizar medições de alta precisão permitiu-lhes realizar essa observação altamente exigente.

O pesquisador explicou: ‘Trabalhamos com transporte de calor e fenômenos termoelétricos em materiais quânticos há muitos anos, junto com o desenvolvimento de sistemas de medição de alta precisão. Com base nessa base, projetamos e construímos uma nova configuração experimental e a usamos para observar uma resposta termoelétrica não linear teoricamente proposta’.

A equipe ficou surpresa com o quão grande era o efeito, da ordem de microvolts. Nomoto relembrou: ‘Inicialmente esperávamos que o sinal fosse extremamente pequeno. Nos experimentos, no entanto, encontramos um sinal comparativamente grande, e sua magnitude surpreendentemente consistente com as previsões teóricas recentes’.

Nomoto e sua equipe agora pretendem realizar estudos complementares para explorar o efeito ainda mais. O pesquisador destacou: ‘Muitos aspectos do efeito termoelétrico quiral não linear permanecem obscuros, por exemplo, sua dependência detalhada da temperatura e os mecanismos microscópicos subjacentes. Portanto, planejamos aprofundar nossa compreensão desse fenômeno, incluindo estendendo medições para materiais quirais além do telúrio’.

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