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量子光学研究团队设计出冷原子热电系统

导读: 瑞士苏黎世联邦高等工学院的蒂尔曼·艾斯林格领导的量子光学研究团队制造出的模型位于一个由玻璃制成的真空室内,由锂原子气体所包围。

  19世纪,科学家们发现,将热电材料加热会生成少许电流,但将获得的电流提高到能胜任现代科技的需要一直是个巨大的挑战。现在,瑞士科学家设计出了一种新奇的模型—“冷原子热电系统”,有望大幅提高热电材料的电流强度。

  用热发电的过程一般如下:先让一种可燃物燃烧,随后将液体加热带动力学涡轮运动,最终产生电流。在热电材料中,整个循环由天然的热力发动机操作完成,不过这一方法效率低下,而且就目前已知的材料来说,热电发电器的效率远低于热电厂的效率。

  瑞士苏黎世联邦高等工学院的蒂尔曼·艾斯林格领导的量子光学研究团队制造出的模型位于一个由玻璃制成的真空室内,由锂原子气体所包围。科学家们使用激光,将气体冷却到接近绝对零度。在此条件下,气体内原子的一举一动就类似于物质内的电子。为了模拟热电材料,原子被一束激光所捕获,从而制造出了一个空间上不断变化的结构,其中的原子像物质内的电子一样移动。

  使用被激光捕获的原子来模拟复杂材料的行为是ETH的科学家们百试不爽的方法。过去10年,他们用这种方法研究了超导体甚至一些导电设备,现在又开始模拟热电材料。蒂尔曼·艾斯林格说:“使用简单的”配方“,我们就模拟出了效率可与天然材料相媲美的热电材料。”

  尽管目前该研究仍处于“襁褓”阶段,但他们表示,该实验可能会对材料科学产生重大影响。研究人员让菲利普·布兰图特说:“我们的实验有望作为一种基准。”该研究团队打算在未来两年内研究更复杂的系统。

  科学家们表示,这种“冷原子热电系统”有助于我们更好地理解热电。因为天然材料非常复杂,很难对其做实验,借用这一系统,可以进行理论和实验间的对比,而且也可以探究材料内出现的瑕疵和混乱可能会产生什么影响。新实验也使科学家们能采用一种可控的方式,对热电的基础过程进行研究,这将有助于未来热电材料的模拟和设计。

  目前,热电技术主要用于为太空探测器(比如“好奇”号火星车)或传感器等小型设备供电,但专家们希望,这一技术未来能用于更多领域。汽车公司正在测试不同的热电系统,希望能利用汽车排放的尾气发电,从而将油耗节省3%到5%。其他消费应用包括:通过身体热为手机或手表充电等等。

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