Des scientifiques étudient l’effet Sebec sur le courant électrique

Lorsqu’un morceau de matériau conducteur est chauffé à une extrémité, une différence de potentiel peut s’accumuler à travers l’échantillon, qui à son tour peut être convertie en courant. C’est ce qu’on appelle l’effet Sebek, et c’est la pierre angulaire des effets thermoélectriques. En particulier, l’effet fournit un moyen de créer une action à partir d’une différence de température. Ces moteurs thermoélectriques ne contiennent aucune pièce mobile et sont donc des sources d’énergie appropriées pour diverses applications, y compris la propulsion du rover Mars Mars de la NASA. L’effet Sepik est également intéressant pour la physique fondamentale, car la taille et la marque du courant thermoélectrique induit sont une caractéristique d’un matériau et indiquent comment les courants d’entropie et de charge sont couplés. L’écriture Examen physique XLe groupe du professeur Tillman Esslinger du département de physique de l’ETH Zurich a maintenant rapporté la réflexion contrôlée d’un tel courant en modifiant la force d’interaction entre les composants d’un simulateur quantique composé d’atomes extrêmement froids piégés dans des champs laser formés. La capacité à induire une telle inversion signifie que le système peut être converti d’un moteur thermoélectrique en un liquide de refroidissement.

De quelle manière s’il vous plaît?

L’expérience, menée par le doctorant Samuel Hossler et ses collègues du groupe Islinger, a commencé avec un nuage de lithium fermionique. Atomes Ils sont refroidis à des températures suffisamment basses pour que des influences quantitatives déterminent le comportement du groupe. Ensuite, le nuage est séparé en deux moitiés indépendantes du même numéro atomique. L’un d’eux est chauffé, avant que les deux réservoirs ne soient connectés à un canal 2D. le État d’équilibre Lesquels évoluent comme prévu: après un temps assez long, les moitiés contiennent des numéros atomiques égaux à températures égales. Le comportement transitoire est le plus intéressant. Au cours du processus d’équilibration, le nombre d’atomes dans chaque réservoir change, à mesure que les atomes vont et viennent entre eux. Dans quelle direction et avec quelle amplitude cela se produit dépend des propriétés thermoélectriques du système.

Grâce au superbe contrôle du système, les chercheurs ont pu mesurer les comportements transitoires des différentes forces d’interaction et de la densité atomique dans le canal et les comparer avec un modèle simple. Contrairement aux systèmes à l’état solide, où la plupart des propriétés thermoélectriques peuvent être mesurées dans des expériences simples et bien définies, dans ces petits nuages ​​d’atomes, les paramètres sont déduits de quantités de base telles que la densité d’un atome. Trouver une procédure qui extrait correctement les quantités thermoélectriques sur une large gamme de paramètres a été un point de travail majeur.

L’équipe a constaté que la tendance actuelle est causée par une compétition entre deux influences (voir figure). D’une part (à gauche), les propriétés thermodynamiques des cuves favorisent une augmentation du nombre d’atomes dans la cuve chaude, pour équilibrer les potentiels chimiques des moitiés. En revanche (à droite), les propriétés du canal facilitent le transport des particules chaudes et énergétiques – car il dispose d’un grand nombre de voies (ou motifs) possibles – ce qui conduit à une augmentation du nombre d’atomes dans le réservoir froid.

Régulateur de passage ultra-fluide

Avec un gaz non réactif, il est possible de calculer la tendance entre les deux effets concurrents une fois que la forme exacte du nuage atomique est connue et prise en compte. Dans le Häusler et al. Cela peut être fait très soigneusement. Dans les calculs et les mesures, le flux d’atomes primaires s’écoule du réservoir chaud vers le réservoir froid et est plus fort pour les densités atomiques inférieures dans le canal. Lorsque les interactions avec le système dit unitaire sont réglées, la prédiction du comportement du système devient plus difficile. Le calcul devient insurmontable sans approximations à grande échelle, en raison de la forte adhérence qui s’accumule dans le gaz.

Dans ce système, le simulateur quantique des chercheurs de l’ETH a montré que pour la température moyenne suffisamment élevée et la faible densité de l’atome dans le canal, le courant circule également du réservoir chaud vers le réservoir froid. Cependant, il peut être inversé lorsque la densité de canal est augmentée en utilisant un potentiel de grille attractif. Au-dessus d’un certain seuil de densité, les atomes du canal passent par une transition de phase lorsqu’ils forment des paires qui présentent un comportement superfluide. Cette zone superfluide dans le canal limite le transport de particules énergétiques non duplex, favorisant le transport du réservoir froid vers le réservoir chaud et inversant ainsi le courant thermoélectrique.

Vers de meilleurs matériaux thermoélectriques grâce aux réactions

Comprendre les propriétés de la matière grâce à la mesure électrothermique améliore la compréhension de base de l’interaction des systèmes quantiques. Il est également important d’identifier de nouvelles méthodes de conception de matériaux thermoélectriques performants qui peuvent convertir efficacement de petites différences de chaleur en action ou, s’ils sont utilisés en mode inverse, agir comme un dispositif de refroidissement (connu sous le nom de refroidisseur Peltier).

L’efficacité du matériau thermoélectrique est caractérisée par la forme électrothermique du mérite. Häusler et coll. Ils ont mesuré une forte augmentation de ce nombre lorsque les interactions ont augmenté. Bien que cette amélioration ne puisse pas être traduite directement en science des matériaux, cette excellente capacité de refroidissement peut en fait être utilisée pour atteindre des températures plus basses des gaz atomiques, ce qui à son tour peut permettre un large éventail de nouvelles expériences fondamentales en science quantique.

Fourni par le Département de physique de l’Institut européen de technologie de Zurich