По заветам Эйнштейна

Международной группе ученых впервые удалось синтезировать ряд сложных соединений таллия, кобальта и сурьмы, которые одновременно обладают свойствами упорядоченного кристалла для электронов и аморфного стекла для атомов.

Международной группе ученых впервые удалось синтезировать ряд сложных соединений таллия, кобальта и сурьмы, которые одновременно обладают свойствами упорядоченного кристалла для электронов и аморфного стекла для атомов. Новые соединения смогут стать основой эффективных термоэлектрических преобразователей — ячеек Пельтье для охлаждения чипов.

Материал для хороших термоэлектрических преобразователей должен удовлетворять двум противоречивым требованиям. С одной стороны, он должен хорошо проводить электрический ток, чтобы не мешать электронам уносить с собой тепло от нагретого чипа. А с другой — плохо проводить тепло, чтобы волны колеблющихся атомов не возвращали уже унесенное тепло обратно к чипу.

Чтобы материал плохо проводил тепло, его атомы должны колебаться по возможности независимо друг от друга. Это легко реализуется, например, в стеклах — благодаря их неупорядоченной структуре. В противоположность этому регулярные кристаллы являются хорошими проводниками тепла и электрического тока, поскольку в регулярной структуре квантовые волны свободных электронов могут «огибать» строго периодически расположенные атомы и встречают мало препятствий на своем пути.

Ученые взяли за основу металлические кристаллы антимонида кобальта и добавили в пустоты кристаллической решетки атомы таллия. Последние оказались слабо связаны с решеткой и стали колебаться почти независимо от нее, что подтвердили эксперименты по рассеянию нейтронов и ряд других измерений. Добавление «лишних» таллиевых атомов практически не повлияло на поведение свободных электронов, зато помешало распространению колебаний атомов, что резко снизило теплопроводность материала.

В начале прошлого века представления о независимо колеблющихся атомах применил в своей простейшей модели твердого тела Альберт Эйнштейн. Сегодня пример такого поведения атомов был экспериментально реализован в металлической системе, которая, как надеются авторы, станет основой эффективных электронных холодильников.