Giant Magnetothermal Conductivity Switching in Semimetallic WSi2 Single Crystals

热导率 材料科学 凝聚态物理 热扩散率 绝热过程 热传导 Wiedemann–Franz law 热的 热力学 物理 复合材料
作者
Karl G. Koster,J. R. Van Hise,Joseph P. Heremans,Joshua E. Goldberger
出处
期刊:ACS applied electronic materials [American Chemical Society]
卷期号:6 (3): 1757-1762 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acsaelm.3c01662
摘要

Materials able to rapidly switch between thermally conductive states by external stimuli such as electric or magnetic fields can be used as all-solid-state thermal switches and enable a myriad of applications in heat management, power generation, and cooling. Here, we show that the large magnetoresistance which occurs in highly conducting semimetal α-WSi2 single crystals leads to dramatically large changes in thermal conductivity at temperatures <100 K. At temperatures <20 K, where electron–phonon scattering is minimized, the thermal conductivity switching ratio between zero field and a 9 T applied field can be >7. We extract the electronic and lattice components of the thermal conductivity and show that the Lorenz number for this material approximates the theoretical value of L0. From the heat capacity and thermal diffusivity, the speed of thermal conductivity switching is estimated to range from 1 × 10–4 s at 5 K to 0.2 s at 100 K for a 5 mm long sample. This work shows that WSi2, a highly conducting multicarrier semimetal, is a promising thermal switch component for low-temperature applications such as cyclical adiabatic demagnetization cooling, a technology that could replace 3He-based refrigerators.
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