环顾四周，您会看到什么？ 房屋，汽车，树木，人等 每个人都在某个地方奔跑，每个人都很着急。 类似于蚁丘的城市，尤其是在高峰时段，总是到处都是人流。 而且，不仅在“大”世界中，而且在原子级上，都观察到了相同的画面。在原子级上，无数的粒子相互靠近，碰撞，移动并再次因其难以置信的复杂性（有时如此短的舞蹈）而寻找新的伙伴。 除了夸张和诗歌之外，今天我们将讨论一项研究，来自北卡罗来纳大学，橡树岭国家实验室，俄亥俄州立大学和中国科学院的国际科学家团队证明了顺磁子能将温差转换为电压。 什么是顺磁子，其独特之处是什么，科学家如何认识到其不寻常的“发电机”，其有效性如何？ 我们从研究小组的报告中了解到这一点。 走吧
理论基础
首先，我们应该处理这些晦涩的超自然现象，它们是什么以及它们一起吃什么。 为此，您需要了解他们的哥哥是谁。
磁振子是一种准粒子，对应于自旋相互作用时的基本激发（基本粒子的固有角动量，与粒子在空间中的运动无关）。
在具有磁性离子的固体中，热自旋扰动可以彼此排列（铁磁体或反铁磁体），也可以不排列（顺磁体），即 订购或未订购。
在顺磁体中，自旋似乎很混乱，与铁磁体/反铁磁体不同，但这并非完全正确。 实际上，它们形成了短程相互作用的短期，局部有序的结构-顺磁子，它们存在的时间非常非常短（十亿分之一秒，甚至更少）。 就分布而言，顺磁子仅跨越几个原子（2至4个）。
简而言之，顺磁子的活动类似于口号“快活，早逝”（快活，早逝）的物理实现，从此人们对它们的兴趣并不大。 但是，在我们今天正在考虑的工作中，科学家表明，即使是超磁子，也能随温度差而移动并带走几个自由电子，从而产生
热电动势* 。
热电效应* （热电动势/塞贝克效应）-在串联的异质导体的端部出现电动势的现象，它们之间的接触处于不同的温度。
这种不寻常的现象称为“顺磁子阻力”（paramagnon drag），它完美地描述了顺磁子将电子“拉”到它们后面的能力。
科学家已经能够在实践中证明，碲化锰（MnTe）中的顺磁子牵引力会延伸到非常高的温度并产生热电动势，这要比纯元素电荷所能达到的强得多。
更准确地说，科学家发现，掺杂锂的碲化锰（MnTe）的局部磁化热波动会大大提高其热电动势，温度最高可达900K。在Néel温度（TN〜307 K）以下，碲化锰具有反铁磁性。
奈尔温度* （奈尔点，T N ）是居里点的类似物，但用于反铁磁体。 到达Néel点后，反铁磁体便失去了磁性，变成了顺磁体。
由于在顺磁状态下存在长期的短期反铁磁体状波动（顺磁子），因此，在顺磁状态下，磁振子推力一直保持到> 3 x T
N ，这已通过中子光谱法得到了证实。 在这种情况下，顺磁子寿命长于电荷载流子与磁子的相互作用时间，其自旋-自旋空间相关长度长于自由载流子的
玻尔半径*和
德布罗意波长* 。
玻尔半径*是原子模型中最接近原子核的氢原子电子轨道的半径，其中电子绕原子核沿圆形轨道运动。
德布罗意波长*是确定在配置空间中给定点检测物体的概率密度的波长。 德布罗意波长与粒子动量成反比。
因此，对于移动的电荷载流子，顺磁子看起来像磁子，并赋予顺磁子牵引的热电动势。
众所周知，科学家在这项工作中使用了掺杂锂的MnTe以及具有订购温度T N〜307 K，居里-魏斯温度T C〜-585 K和带隙Eg〜1.2 eV的反铁磁（AFM）p型半导体。 。 通过改变锂（Li）的浓度来调整空穴浓度（正电荷载流子）（2.5×10
19 ＜n ＜2×10
21 cm
-3 ）。 顺磁子是通过中子光谱法测定的，其寿命（t
L =
〜3 x 10
-14 s）在450 K温度下测量。
研究成果
制备六个掺杂水平x = 0.003、0.01、0.02、0.03、0.04和0.06的多晶Li
x Mn
1-x Te样品进行分析。 样品的空穴浓度分别为5.5×10 19，15×10 19，29×10 19，45×10 19，35×10
19和100×10
19 cm
-3 。
通过使用高能振动球磨机在不锈钢制的含氩容器中将起始元素研磨8小时来获得样品。 研磨后，通过火花等离子体烧结在40MPa的轴向压力下以50K / min的加热速率在1173K下将所得的物料热压20分钟。 所获得的盘状样品的直径为12.7mm，并且其厚度为〜2mm。 科学家已经测量了垂直和平行于挤压方向切割的样品的比推力和热电动势。 该分析证实了两种样品变体的各向同性（即它们是相同的）。
图片编号1图
1A显示了所有六个样品的热EMF的温度依赖性。 图中的所有曲线都有一个共同的特征：在30 K范围内的声子牵引峰之后，热电动势在T <150 K时缓慢增加，然后在150 K <T≤T
N时急剧跳升，然后在150 K时逐渐增加。 <T <750K。
图
1B和
1C显示了特定的推力和导热系数数据，这些数据用于计算图
1D所示的品质因数（Z
T T ）。 Z x
T = 1的值是在x = 0.03的掺杂水平和T = 850 K的温度下获得的。
还进行了中子散射测量，以研究顺磁模式下x = 0.03的样品的磁性结构。 这项研究发挥了重要作用，因为正好在顺磁模式下获得了很高的品质因数。
在250 K的AFM相中，观察到磁振子的散射，这是由0.92和1.95Å
-1处的
布拉格磁峰
*引起的 。 磁振子区域扩展到最大能量〜30 meV。
布拉格曲线*是颗粒能量损失与物质渗透深度的关系图。
图片编号2当温度达到约350 K以上的指数时，在0.92Å
-1处观察到顺磁子的明确散射，而在30 meV时，磁子区域消失。 因此，可以说顺磁子散射与强度和温度分布的温度相关，直至450 K（
2B -
2D ）。 此外，顺磁子散射不依赖于Li浓度，在研究范围为2至2的0.3至5 at。％之间。
科学家们注意到另一个奇怪的事实：在1分钟（
2B ）内更改的数据与在1小时（
2C和
2D ）内测量的数据具有相同的特征。
图片编号3还通过在AFM（反磁）模式（
3A ）下对霍尔效应的测量来测量载流子的浓度（
n ）。 霍尔系数显示出T
N （尼尔温度）下的异常，并且在不同的样本中，霍尔系数也可能显示出PM（顺磁）模式下的值与AFM模式下的值不同。 由于载流子浓度由Li的掺杂水平决定，Li的掺杂水平与温度无关，因此在n＞ 6×10
19 cm
-3时 ，浓度本身也与温度无关。
关于磁振子的比热（C
m ），是通过测量总比热而实验确定的。 所有六个样品的比热（
C ）具有相同的温度依赖性曲线，并且不显示高达7 T的场依赖性。图
3B显示了掺杂6％Li的样品的比热，其中包括
Debye温度* ，T <6时的电子贡献钾和磁的贡献。
德拜温度*是固体中所有振动模式被激发的温度。
低温下的电子部分遵循扩散热电动势，声子部分遵循德拜函数，磁性部分遵循磁振牵引。 在低温下，声子和马农子的比热与马农力成正比，而电子的比热与温度成正比。
曲线
3C示出了霍尔电荷迁移率，其被用于计算电子散射时间（
3D ）。
在AFM模式下，总的热电动势（
a ）定义为磁振牵引力（
md ）和扩散热电动势（
a d ）之和。
图片编号4在PM模式下，数据显示总的热电动势还具有两个组成部分：扩散热电动势和附加热电动势，与最高800 K的温度无关。
在上图中，扩散热电动势由T> T
N处的虚线表示
。 在这里，您可以看到在PM模式下，热电动势随温度升高的确认。 在这种情况下，thermo-EMF的实验值与计算值有很大差异。 这种差异是T
N时热电动势磁振牵引力的指标
。 在PM模式下，图上差异的这一区域归因于马农牵引，现在可以可靠地归因于顺磁子牵引。 观察结果表明，此现象与最高800 K的温度无关，但在最高900 K的温度下仍存在。
为了更详尽地了解这项研究的细微差别，我建议您研究一下
科学家的
报告和
其他材料 。
结语
对掺杂锂的MnTe的热电性能的研究表明，在磁有序状态下计算得到的（理论上）磁振子热电动势与实践中获得的结果非常吻合。 科学家还证实了PM MnTe模式下的顺磁子的存在及其对热电动势的重要贡献。
在900 K掺杂3％Li的样品中，Q因子也为1。 这表明顺磁子可以成为高性能热电材料研究的新一轮。
这样的研究可以在改善热能收集技术方面发挥重要作用，该技术可以将汽车废气转化为电能，甚至用于由人体热量驱动的可穿戴电子设备。
现在有一种在任何地方寻求能量的趋势。 同样，这可以通过人类目前在资源有限和对节能技术的需求不断增长方面的情况来解释。 很难说这是不好的，但是许多持公开怀疑态度的人都与这样的倡议有关，认为这要么无效，要么为时已晚。 然而，正如俗话所说，迟到总比没有好。
谢谢大家的关注，保持好奇心，祝大家工作愉快！ :)
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