Un nuovo studio rivela un meccanismo per controllare il trasferimento di energia tra elettroni e reticolo cristallino del bismuto
(Rinnovabili.it) – Riuscire ad ottenere elettricità dal calore di scarto in maniera efficiente, potrebbe essere solo questione di controllo. Controllo atomico si intende. Un team di ricercatori dell’Università di Utrecht, nei Paesi Bassi ha rivelato di aver scoperto un nuovo meccanismo per controllare il trasferimento di energia tra elettroni e il reticolo cristallino del bismuto.
Perchè proprio il bismuto? Perchè questo metallo pesante mostra a livello atomico interessanti e decisamente particolari proprietà fisiche. Piotr Chudzinski e suo gruppo di scienziati ha analizzato il moto collettivo in forma di onde degli elettroni in questo cristallo, fenomeno indicato come “plasmone a bassa energia”: gli elettroni si spostano costantemente in tutto il materiale mantenendo la stessa densità.
Osservando “più da vicino” quello che accade al bismuto, ci si accorge che in realtà gli elettroni sono di due tipi, quelli estremamente leggeri e quelli pesanti, e si muovo a velocità diverse. Questo spiegano gli scienziati porta alla continua creazione (e quasi contemporanea ri-compensazione) di zone meno dense nel materiale.
Lo studio ha scoperto e dimostrato che i plasmoni a bassa energia, quando sintonizzati sulla stessa lunghezza d’onda, delle vibrazioni del reticolo del cristallo di bismuto, o fononi, possono movimentare lentamente il reticolo stesso in maniera molto efficiente.
In sostanza, questo meccanismo di accoppiamento plasmon-fononi, una volta intensificato a determinate condizioni, costituirebbe un nuovo modo di trasferire energia tra elettroni e reticolo cristallino sottostante.
Per quanto complicato possa sembrare, il risultato di questa scoperta è abbastanza semplice: mostra che riuscire a controllare questo effetto potrebbe aprire la strada ad un nuovo modo per migliorare la produzione di elettricità dal calore di scarto.
Una delle implicazioni infatti, è che l’accoppiamento plasmone-fonone possa aiutare a spiegare un effetto tipico del bismuto: il cosiddetto effetto Nernst. Questo si verifica quando un conduttore viene riscaldato da una parte e sottoposto ad un campo magnetico dall’altra, causando la produzione di una tensione elettrica significativa in direzione perpendicolare ( o viceversa, applicando una corrente si crea una differenziale di temperatura). Quindi si trasforma il calore in energia elettrica utile.
