Magneten verwandeln Wärme in Strom

Forscher-Grafiken illustrieren die Entdeckung. Bild: Takahiro Tomita/U-Tokyo

Ein Forscherteam um Professor Satoru Nakatsuji von der University of Tokyo, zu dem auch Wissenschaftler des privaten Forschungsinstituts Riken gehören, hat ein antiferromagnetisches Material entdeckt, das einen unerwartet großen thermomagnetischen Effekt aufweist, der auch Nernst-Effekt genannt wird. Er beschreibt das physikalische Phänomen, dass elektrische Spannung entsteht, wenn ein leitendes magnetisches Material an einer Seite warm, an der anderen kalt ist. Normalerweise passiert das in einem äußeren Magnetfeld. Im Fall des neuen Materials ist das jedoch nicht nötig. Der Effekt lässt sich nutzen, um Strom etwa mit Abfallwärme zu erzeugen.

Flotte Flitzer in dichter Materie

Die Forscher fanden heraus, dass der Nernst-Effekt bei Mangan-Zinn rund 100 Mal größer ist, als von der Magnetisierung her zu erwarten war. Damit steht es auf der gleichen Stufe wie die besten Ferromagneten. Die Wissenschaftler machen Weyl-Fermionen dafür verantwortlich. Diese Atomkern-Bauteilchen wurden erst 2015 experimentell nachgewiesen, aber bereits 1929 von dem deutschen Physiker Hermann Weyl vorausgesagt. Weil sie keine Masse haben und selbst durch dichteste Materie flitzen können, sind sie für elektronische Anwendungen hochinteressant.

Auftakt für weitere Entdeckungen

"Unsere Studie zeigt, dass thermoelektrische Anwendungen von Magneten ein großes Potenzial haben", so Nakatsuji. "Wir glauben, dass unsere Arbeit den Weg freimacht für die Entdeckung ähnlich potenter thermoelektrischer Materialien." Generatoren, die auf dem Nernst-Effekt basieren, sind laut dem Forscherteam zwar nicht so leistungsstark wie Systeme,die auf anderen physikalischen Phänomenen beruhen. Trotzdem stoßen sie auf großes Interesse, weil ihr Aufbau einfacher ist und sie sich leichter formen lassen, sodass der Kontakt zu Wärmequelle inniger wird. Dies wiederum kommt der Stromproduktion zugute.

Die Fachwelt war lange davon überzeugt, dass der Nernst-Effekt ausschließlich von ferromagnetischem Material verursacht werden kann, also Werkstoffen, die selbst über magnetische Eigenschaften verfügen. Antiferromagnetisches Material ist dagegen nicht magnetisch, obwohl in seinem Inneren zahlreiche Magnete stecken. Deren Wirkung hebt sich jedoch auf. So wie es bei einer Legierung aus Mangan und Zinn der Fall ist, die dennoch den Nernst-Effekt zeigt.

Quelle: www.pressetext.com/Wolfgang Kempkens