马克斯·普朗克固体化学物理研究所
基于塞贝克效应和能斯特效应的热电装置示意图
能斯特器件只需要一种材料，消除了塞贝克器件所需的复杂电连接，尤其是在热端
b、磁场；e、电场；∇T，温度梯度
信用:MPI CPfS 迫使电子垂直于热流流动需要一个外部磁场——这就是所谓的能斯特效应
在一种永久磁化的材料(铁磁体)中，存在一种反常的能斯特效应(ANE)，即使没有磁场，这种效应也能从热量中产生电能
反常的能斯特效应与铁磁体的磁矩成正比
具有两个补偿磁性子晶格的反铁磁物质没有外部磁矩，也没有可测量的外部磁场，因此不应该表现出任何ANE
然而，我们最近了解到，通过拓扑的新概念可以应用于实现磁体中的大能斯特效应
特别是，我们已经了解到被称为贝里相的量与ANE有关，并且可以大大增加它
然而，反铁磁体中的ANE仍然很大程度上未被探索，部分原因是ANE被认为不存在
值得注意的是，德国德累斯顿马克斯·普朗克固体化学物理研究所的一个联合研究小组，与俄亥俄州立大学和辛辛那提大学的合作者一起，发现了一个巨大的反常能斯特效应，比反铁磁物质YbMnBi2中几乎所有的铁磁体都要大
已经观察到的ANE可能是拓扑结构、高自旋轨道耦合以及YbMnBi2的复杂且未完全补偿的磁结构的结果
YbMnBi2中的倾斜自旋结构打破了时间反转对称性，并提供了非零的Berry曲率
同时，重铋元素的大自旋轨道耦合有助于产生大的非本征贡献
基于这个配方，具有非共线自旋结构和大自旋轨道耦合的某类反铁磁物质可以表现出大的反常能斯特效应
当研究人员在YbMnBi2中观察到如此大的ANE时，他们感到惊讶，达到6 mV/K，这是反铁磁物质的记录值，与之前观察到的最佳铁磁体的值一样高
在实际应用中，人们可以利用这一新现象来制造简单的能量转换器:一种横向热电装置，其电压垂直于热流产生
该设备仅由一块材料组成
基于塞贝克效应的商用热电发电机是由小块n型和p型半导体材料制成的复杂组件
与通常载流子迁移率低的铁磁体不同，反铁磁体也可以表现出更高的迁移率，因此表现出更好的导电性
与低热导率一起，在YbMnBi2中实现了异常热电品质因数(zT)，这比所有已知铁磁体的热电品质因数高一个数量级
德累斯顿MPI CPfS固态化学系组长潘宇说:“尽管ANE值惊人地大，zT值比铁磁体高得多，但整体热电性能仍需提高才能用于实际应用。”
她继续说，“然而，这项研究显示了反铁磁物质在热电应用中的巨大潜力，因为它们比铁磁体具有更好的性能
我们相信我们的工作只是未来发现更有趣的热电材料的开始
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