Сто лет спустя: физики впервые в истории воспроизвели поперечный эффект Томсона

Впервые за более чем столетие с момента теоретического предсказания ученым удалось экспериментально зафиксировать так называемый поперечный эффект Томсона — термоэлектрическое явление, которое до сих пор оставалось гипотетическим.

Термоэлектрические эффекты, в частности, эффекты Зеебека, Пельтье и Томсона, описывают взаимосвязь тепла и электричества в проводниках. Классический эффект Томсона описывает нагревание или охлаждение материала, когда электрический ток и температурный градиент действуют в одном направлении. Однако физики уже давно предполагали, что существует и поперечный аналог этого явления — то есть ситуация, при которой ток, градиент температуры и магнитное поле ориентированы под прямыми углами друг к другу. Неоднократные теоретические расчеты указывали на то, что эта ситуация возможна, но обнаружить этот эффект в эксперименте долгое время не удавалось: мешали пересекающиеся сигналы от других термоэлектрических эффектов.

Физики под руководством Ацуси Такахаги из Университета Нагоя и Кен-ити Утиды из Токийского университета нашли способ «изолировать» сигнал поперечного эффекта Томсона. С помощью инфракрасной камеры и метода фазочувствительной термографии они наблюдали за тепловым откликом образца из сплава висмута и сурьмы (Bi₈₈Sb₁₂), когда на него воздействовал переменный электрический ток. Сравнив тепловые карты при наличии и отсутствии температурного градиента, ученые смогли вычесть мешающие компоненты и выделить чистый сигнал искомого эффекта. Ключевым моментом оказалась разница в пространственном распределении теплового отклика между эффектами, что и позволило точно определить присутствие поперечного эффекта Томсона.