La tensión colosal resulta de la interacción de la topología del material y fuertes correlaciones de electrones en una aleación de uranio-cobalto-rutenio-aluminio.

LOS ALAMOS, NM, 26 de marzo de 2021 – Una nueva investigación ha demostrado que un compuesto de uranio magnético puede exhibir fuertes propiedades termoeléctricas y, a través del calor, generar cuatro veces el voltaje transversal del calor que lo que se registró anteriormente en un compuesto de cobalto-manganeso-galio . El resultado abre un nuevo potencial para los elementos actínidos al final de la tabla periódica y apunta a una nueva dirección en el estudio de los materiales cuánticos topológicos.

«Encontramos que el gran acoplamiento espín-órbita y las fuertes correlaciones electrónicas en un sistema de uranio-cobalto-aluminio dopado con rutenio dieron como resultado una conductividad de Nernst anómala colosal», dijo Filip Ronning, investigador principal en los artículos publicados hoy Avances en la ciencia. Ronning es director del Instituto de Ciencia de Materiales del Laboratorio Nacional de Los Alamos. “Muestra que las aleaciones de uranio y actínidos son materiales prometedores para estudiar la interacción entre la topología de un material y las fuertes correlaciones de electrones. Estamos muy interesados ​​en comprender, optimizar y finalmente gestionar esta interacción. Ojalá algún día podamos aprovechar algunas de estas notables respuestas. »

La reacción de Nernst ocurre cuando un material convierte un flujo de calor en un voltaje eléctrico. Este fenómeno termoeléctrico se puede aprovechar en dispositivos que generan electricidad a partir de una fuente de calor. El ejemplo reciente más notable son los generadores de radioisótopos termoeléctricos (RTG), algunos de los cuales se desarrollaron en Los Alamos. Los RTG utilizan el calor de la desintegración radiactiva natural del plutonio-238 para generar electricidad; un RTG de este tipo está impulsando actualmente el rover Perseverance en Marte.

“Lo que es emocionante es que este efecto Nernst anómalo y colosal parece deberse a la rica topología del material. Esta topología se crea mediante un gran acoplamiento espín-órbita que es común con los actínidos ”, dijo Ronning. “Una consecuencia de la topología en metales es la generación de una velocidad transversal que, como observamos, puede conducir a una reacción de Nernst. También puede producir otros efectos como nuevos estados de superficie que pueden ser útiles en diversas tecnologías de información cuántica. »

El sistema de uranio estudiado por el equipo de Los Alamos produjo 23 microvoltios por Kelvin de cambio de temperatura, cuatro veces el récord anterior descubierto hace unos años en una aleación de cobalto-manganeso-galio y también atribuido a este tipo de topología en origen.

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El trabajo: «Efecto Nernst anómalo colosal en un ferromagnet Kagom no centrosimétrico correlacionado» por T. Asaba, V. Ivanov, SM Thomas, SY Savrasov, JD Thompson, ED Bauer y F. Ronning en Avances científicos https: //.Progreso.sciencemag.org /Buscar /doi /10.1126 /sciadv.abf1467

Financiamiento: Departamento de Energía de EE. UU., Oficina de Ciencias, Ciencias de la Energía, Materiales, Laboratorio Nacional de Los Alamos LDRD, Fundación Nacional de Ciencias.

A través del Laboratorio Nacional de Los Alamos

El Laboratorio Nacional de Los Alamos, un centro de investigación multidisciplinario dedicado a la ciencia estratégica en nombre de la seguridad nacional, es administrado por Triad, una organización científica pública de seguridad nacional que también es propiedad de sus tres miembros fundadores: Battelle Memorial Institute (Battelle), Texas A&M University System (TAMUS) y los regentes de la Universidad de California (UC) para la Administración Nacional de Seguridad Nuclear del Departamento de Energía.

Los Alamos mejora la seguridad nacional al mantener la seguridad y confiabilidad de la instalación nuclear de los EE. UU., Desarrollar tecnologías para reducir la amenaza de armas de destrucción masiva y resolver problemas relacionados con la energía, el medio ambiente, la infraestructura, la salud y las preocupaciones de seguridad global.

LA-UR-21-22781

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