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La spintronique au service de dispositifs thermoélectriques d'un rendement très élevé

L'usage de matériaux thermoélectriques pourrait révolutionner le domaine des énergies renouvelables, mais leur faible rendement de conversion contrarie leur adoption à grande échelle par les techniques d'énergies vertes.
La spintronique au service de dispositifs thermoélectriques d'un rendement très élevé
Des chercheurs financés par l'UE ont mis au point et testé de nouveaux matériaux et dispositifs, qui utilisent une technique de pointe en matière de conversion pour mieux récupérer l'énergie thermique généralement gaspillée et la transformer en électricité.

Des dispositifs thermoélectriques, capables de convertir en électricité la chaleur perdue par les centrales électriques classiques et polluantes, pourraient économiser de l'énergie et réduire les rejets nuisibles. De tels dispositifs existent déjà. Ils utilisent l'effet Seebeck, sont durables et économiques, mais leur rendement de conversion d'énergie est insuffisant dans la plupart des cas.

Les chercheurs du projet THERMO-SPINTRONIC (High performance energy conversion by the interplay between thermoelectricity and spin Seebeck effect), financé par l'UE, ont surmonté cet obstacle en concevant de nouveaux dispositifs thermoélectriques qui associent l'effet Seebeck classique avec l'effet Seebeck de spin.

Les dispositifs utilisant l'effet Seebeck de spin convertissent la chaleur en spin des électrons. L'application d'un gradient de température à l'interface d'un conducteur électrique et d'un aimant, génère une tension de spin à partir de l'énergie thermique, et injecte un courant de spin dans le conducteur. L'effet Seebeck de spin a été observé dans les métaux, les semi-conducteurs et même les matériaux isolants. L'effet Seebeck de spin donne une nouvelle dynamique à la spintronique, permettant de générer des courants de spin à partir de l'énergie thermique.

Les chercheurs ont d'abord étudié des oxydes de métaux, conducteurs et bien connus comme la magnétite, pour obtenir de nouvelles informations sur l'interaction entre ces deux effets Seebeck. Ils ont constaté que des structures hétérogènes optimisées, constituées de plusieurs bicouches (une couche ferromagnétique et une couche non magnétique), maximisaient la tension de spin et donc la conversion de spin en charge.

Grâce au projet THERMO-SPINTRONIC, le domaine de la thermoélectricité a notablement progressé dans la compréhension de processus fondamentaux de l'effet Seebeck de spin, et dans la création de dispositifs dotés d'un bien meilleur rendement de conversion de la chaleur en électricité.

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Mots-clés

Thermoélectrique, spintronique, chaleur perdue, THERMO-SPINTRONIC, effet Seebeck de spin