Phase-transition-induced giant Thomson effect for thermoelectric cooling

热电效应 塞贝克系数 凝聚态物理 材料科学 热电材料 热电冷却 热力学 物理
作者
Rajkumar Modak,Masayuki Murata,Dazhi Hou,Asuka Miura,Ryo Iguchi,Bin Xu,Rulei Guo,Junichiro Shiomi,Yuya Sakuraba,Ken‐ichi Uchida
出处
期刊:Applied physics reviews [American Institute of Physics]
卷期号:9 (1) 被引量:28
标识
DOI:10.1063/5.0077497
摘要

The Seebeck and Peltier effects have been widely studied and used in various thermoelectric technologies, including thermal energy harvesting and solid-state heat pumps. However, basic and applied studies on the Thomson effect, another fundamental thermoelectric effect in conductors, are limited despite the fact that the Thomson effect allows electronic cooling through the application of a temperature gradient bias rather than the construction of junction structures. In this article, we report the observation of a giant Thomson effect that appears owing to magnetic phase transitions. The Thomson coefficient of FeRh-based alloys reaches large values approaching –1000 μV K−1 around room temperature because of the steep temperature dependence of the Seebeck coefficient associated with the antiferromagnetic–ferromagnetic phase transition. The Thomson coefficient is several orders of magnitude larger than the Seebeck coefficient of the alloys. Using the active thermography technique, we demonstrate that the Thomson cooling can be much larger than Joule heating in the same material even in a nearly steady state. The operation temperature of the giant Thomson effect in the FeRh-based alloys can be tuned over a wide range by applying an external magnetic field or by slightly changing the composition. Our findings provide a new direction in the materials science of thermoelectrics and pave the way for thermal management applications using the Thomson effect.

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