热电材料可以在存在温差的情况下产生电压，目前是一个研究热点。热电能量收集技术是我们大大减少化石燃料使用和帮助防止全球能源危机的最佳方法之一。然而，存在各种类型的热电机制，尽管最近做出了努力，但其中一些机制却鲜为人知。韩国科学家最近的一项研究旨在填补这样的知识空白。

前面提到的这些机制之一是自旋塞贝克效应(SSE)，它是由东京大学的 Eiji Saitoh 教授领导的研究小组于 2008 年发现的。SSE 是一种现象，其中非磁性材料和铁磁性材料之间的温差会产生自旋流。对于热电能量收集目的，逆 SSE 特别重要。在某些异质结构中，例如钇铁石榴石-铂 (YIG/Pt)，温差产生的自旋流转化为带电荷的电流，提供了一种从逆 SSE 发电的方法。

由于此自旋-电荷转换是在大多数公知的材料相对低效的，研究人员试图插入的原子级薄层的二硫化钼(MOS 2的YIG和Pt层之间)。尽管这种方法提高了转化率，但 2-D MoS 2层在自旋输运中的作用背后的潜在机制仍然难以捉摸。

为了解决这一知识差距，韩国中央大学物理系的 Sang-Kwon Lee 教授最近领导了一项关于该主题的深入研究，该研究已发表在Nano Letters 上。中央大学的多位同事以及 Saitoh 教授参与了研究，以了解 2-D MoS 2对 YIG/Pt 热电功率的影响。

为此，科学家们制备了两个在 MoS 2层中具有不同形态的YIG/MoS 2 /Pt 样品，以及一个完全不含 MoS 2的参考样品。他们准备了一个测量平台，在该平台上可以强制施加温度梯度、施加磁场，并监控随后的自旋流引起的电压差。有趣的是，他们发现逆 SSE 以及整个异质结构的热电性能可以根据所使用的 MoS 2的尺寸和类型而增强或减弱。特别是，使用多孔 MoS 2 与单独的 YIG/Pt 相比，YIG 和 Pt 层之间的多层结构使热电功率增加了 60%。

通过仔细的理论和实验分析，科学家们确定这种显着增加是由两种独立量子现象的促进引起的，这两种现象共同构成了总逆 SSE。这些被称为逆自旋霍尔效应和逆 Rashba-Edelstein 效应，它们都会产生自旋累积，然后将其转换为充电电流。此外，他们研究了 MoS 2 中的孔洞和缺陷如何层改变了异质结构的磁性，导致热电效应的有利增强。对结果感到兴奋的 Lee 评论道：“我们的研究首次证明界面层的磁性会导致界面处的自旋波动并最终增加自旋积累，从而导致反向 SSE 产生更高的电压和热功率。”

这项工作的结果代表了热电材料技术难题中的关键部分，并且可能很快就会对现实世界产生影响，正如 Lee 解释的那样：“我们的研究结果揭示了在 YIG/Pt 中具有中间层的大面积热电能量收集器的重要机会系统。它们还提供了必要的信息，以了解自旋输运中 Rashba-Edelstein 效应和 SSE 组合的物理学。” 他补充说，他们的 SSE 测量平台可以极大地帮助研究其他类型的量子传输现象，例如谷驱动霍尔效应和能斯特效应。

让我们期待热电技术的飞速发展，让我们的环保社会梦想成为现实!