Фізики з Технологічного Інституту в Карлсруе експериментально домоглися виникнення сильного термоелектричного ефекту в контакті надпровідник-ферромагнетик. Це явище, родинне ефекту виникнення термоелектрики в напівпровідниках, виявилося по силі на порядки сильніше, ніж у звичайних металах і може знайти застосування у створенні надточних термометрів. Дослідження опубліковано в журналі (препринт), коротко про нього повідомляє.
Класичний ефект Зеєбека пов'язаний з асиметрією у властивостях електронів і дірок у твердому тілі. Він виникає, якщо взяти два різних матеріали і з'єднати їх в електричний ланцюг, підтримуючи при цьому різницю температур у місцях скріплення. Ця асиметрія призводить до того, що енергія електронів в різних точках ланцюга виявляється різною, в результаті чого виникає електричний струм.
У надпровідниках такої асиметрії не спостерігається - тому автори створили її штучно, дотримуючись теоретичної роботи, опублікованої в 2014 році. Для цього фізики створили багатошаровий контакт, що складається зі смужки надпровідного алюмінію, поверхня якого була покрита тонкою плівкою непровідної окису, смужки заліза і мідного контакту поверх них. Всю конструкцію автори помістили в сильне магнітне поле з індукцією в 0,5-1 тесла і охолодили до 50 мілікельвінів.
Перший з контактів у системі - тунельний, частинки можуть проникати крізь нього лише за допомогою квантового ефекту - тунелювання. При цьому, природа контакту (надпровідник-ферромагнетик) створює умови, в яких струм, що протікає через нього, залежить від спина частинок. Зовнішнє магнітне поле в системі викликає спинову поляризацію - переважний напрямок спина частинок у матеріалах, що і призводить до порушення симетрії електронів і дірок. Ферромагнітний контакт - залізна смужка - грав також роль нагрівального елемента, до нього окремо підводився струм, що дозволяв виміряти термоелектричний ефект при різних температурах.
На основі даних експерименту автори змогли вирахувати коефіцієнт Зеєбека - величину зміни різниці потенціалів в ланцюгу відповідну зміні температури на один кельвін. Вона виявилася рівною 100 мікровольтам на кельвін. Характерні величини термоелектричного ефекту для класичного контакту двох металів становлять одиниці мікровольт на кельвін, досягаючи 25 мікровольт для контакту ніхром-платина. Автори відзначають, що при великих полях значення коефіцієнта може досягати і одиниць мілівольт на кельвін.
Фізики припускають, що продемонстрований ефект можна використовувати в надточних термометрах, що працюють поблизу абсолютного нуля. Крім того, можна скористатися і зворотним виникненню термоелектрики ефектом - ефектом Пельтьє - і дуже точно контролювати температуру в якомусь мікроподібці.
Раніше вчені вже пропонували схему температурного сенсора на основі тунельного контакту провідник-ізолятор-надпровідник. Пристрій засновано на зміні вольт-амперної характеристики тунельного струму залежно від температури.