NIMS 研究团队首次证明，简单的热电和磁性材料层堆叠可以表现出比现有磁性材料更大的横向热电效应(其中相互正交流动的电流和热流之间的能量转换)，而现有的磁性材料则能够表现出异常能斯特效应。这种机制可用于开发可用于能量收集和热通量传感的新型热电设备。
利用塞贝克效应将废热等热源转化为电能的热电技术近年来得到了广泛的研究。塞贝克效应通常产生与热流方向平行的电流(即纵向热电效应)，这种物理限制要求基于塞贝克效应的器件具有复杂的结构，从而缩短使用寿命并增加制造成本。另一方面，利用横向热电效应(如反常能斯特效应)，热电器件的结构可以比基于塞贝克效应的器件简单得多，在能量收集和热流传感方面具有潜在的应用价值。然而，目前由反常能斯特效应产生的室温热电转换性能很低，室温下1K温差只能产生不到10μV的电能，这是一个很大的缺点。
本研究团队制作了一种结构非常简单的热电复合材料，即一对热电和磁性材料层紧密堆叠在一起，电流可以通过它们流动。该装置能够表现出横向热电效应，远大于现有磁性材料单独表现出异常能斯特效应所产生的横向热电效应，这是同类中首次进行实验演示。为了实现大的横向热电效应，该团队首先建立了一个理论模型，并估算了能够表现出大塞贝克效应的配对热电硅 (Si) 基板与磁性铁镓 (Fe-Ga) 合金薄膜之间的最佳厚度比。然后，该团队将 Fe-Ga 薄膜堆叠在具有最佳厚度比的 Si 基板上。这种复合材料产生的最大输出电压为 15.2 μV/K，大约是单独使用 Fe-Ga 合金 (2.4 μV/K) 基于异常能斯特效应产生的输出电压的六倍。
本研究小组证明，由一对直接接触的热电和磁性材料层组成的简单层状结构能够产生比单独使用时能够表现出异常能斯特效应的磁性材料大得多的横向热电效应。这种复合材料有望广泛应用于各种实际热电装置。展望未来，研究将扩大到实际应用所需的大型块体材料，旨在通过热电发电装置应用为社会节能做出贡献。
该项目由周伟南(NIMS 国际青年科学家中心 ICYS 研究员)、Yuya Sakuraba(NIMS 磁性和自旋电子材料研究中心 (CMSM) 磁功能器件组组长)、Ken-ichi Uchida(NIMS CMSM 自旋热电子学组杰出组长)和 Taisuke Sasaki(NIMS CMSM 纳米结构分析组组长)共同
完成。这项工作是 JST ERATO 战略基础研究计划下 Uchida 磁性热管理材料项目(研究主任：Ken-ichi Uchida;拨款编号：JPMJER2201)的一部分。
该研究于 2024 年 3 月 6 日发表在开放获取期刊《Advanced Science 》上。
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