La scoperta potrebbe avere ricadute importantissime praticamente in ogni settore.
Un team internazionale di scienziati ha scoperto come catturare il calore e trasformarlo in elettricità.
La scoperta, pubblicata la scorsa settimana sulla rivista Science Advances, potrebbe creare permettere di generare energia dal calore in modo più efficiente, ad esempio dallo scarico delle auto ed i processi industriali.
“Grazie a questa scoperta, dovremmo essere in grado di produrre più energia elettrica dal calore di quanto facciamo oggi“, ha affermato il co-autore dello studio Joseph Heremans, professore di ingegneria meccanica e aerospaziale e Ohio Eminent Scholar in Nanotecnologie presso la Ohio State University. “È qualcosa che, fino ad ora, nessuno pensava fosse possibile“.
La scoperta si basa su minuscole particelle chiamate paramagnoni, cuprati superconduttori che presentano eccitazioni di spin ad alta energia, bit che non sono proprio magneti, ma che trasportano un flusso magnetico. I magneti, quando riscaldati, perdono la loro forza magnetica e diventano paramagnetici. Un flusso di magnetismo – ciò che gli scienziati chiamano “spin” – crea un tipo di energia chiamata termoelettricità a trascinamento di magnoni, qualcosa che, fino a questa scoperta, non poteva essere usato per raccogliere energia a temperatura ambiente.
“Una volta si considerava che, se hai un paramagnete e lo riscaldi, non succede nulla“, ha spiegato Heremans. “Noi abbiamo scoperto che non è vero. Ciò che abbiamo trovato è un nuovo modo di progettare semiconduttori termoelettrici, materiali che convertono il calore in elettricità. I termoelettrici convenzionali che abbiamo avuto negli ultimi 20 anni o giù di lì sono troppo inefficienti e ci danno troppo poca energia. Questa scoperta cambia tutto“.
I magneti sono una parte cruciale della raccolta di energia dal calore: quando un lato di un magnete viene riscaldato, l’altro lato – il lato freddo – diventa più magnetico, producendo rotazione, che muove gli elettroni nel magnete e crea elettricità.
Il paradosso, tuttavia, è che quando i magneti si surriscaldano, perdono la maggior parte delle loro proprietà magnetiche, trasformandosi in paramagneti – “quasi magneti ma non del tutto“, come dice Heremans. Fino a questa scoperta, nessuno pensava di usare i paramagneti per raccogliere calore perché gli scienziati pensavano che i paramagneti non fossero in grado di raccogliere energia.
Ciò che il team di ricerca ha scoperto, tuttavia, è che i paramagnoni spingono gli elettroni solo per un miliardesimo di milionesimo di secondo – abbastanza a lungo da rendere possibile la raccolta di energia dei paramagneti.
Il gruppo di ricerca – un gruppo internazionale di scienziati dell’Ohio State, della North Carolina State University e dell’Accademia delle scienze cinese (tutti autori allo stesso livello nell’articolo pubblicato) – ha iniziato a testare i paramagnoni per vedere se potevano, nelle giuste circostanze, produrre la rotazione necessaria.
Ciò che hanno scoperto, come affermato da Heremans, è che i paramagnoni producono, in effetti, il tipo di spin che muove gli elettroni.
Ed è questo che potrebbe rendere possibile la raccolta di energia.
Reference: “Paramagnon drag in high thermoelectric figure of merit Li-doped MnTe” by Y. Zheng, T. Lu, Md M. H. Polash, M. Rasoulianboroujeni, N. Liu, M. E. Manley, Y. Deng, P. J. Sun, X. L. Chen2, R. P. Hermann, D. Vashaee, J. P. Heremans and H. Zhao, 13 September 2019, Science Advances.
DOI: 10.1126/sciadv.aat9461
