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물질·재료연구기구(NIMS) 자성재료그룹, 스핀에너지그룹 등의 공동 연구그룹이 열전 재료의 제벡 효과(seebeck effect)에 의해 발생하는 수직 방향의 전자 흐름을 자성 재료의 ‘이상 홀 효과(anomalous hall effect)’에 의해 수평 방향의 기전력으로 변환시키는 새로운 원리의 수평 열전 효과를 고안·실증함.

이 현상을 이론 모델에서 예측한 결과, 재료 및 구조의 최적화를 통해 온도 구배(勾配)와 직교하는 방향으로 100μV/K를 넘는 거대한 열전능을 생성할 수 있음을 발견함.

이 현상을 설명하기 위해 큰‘이상 홀 효과’를 나타내는 자성체 Co2MnGa과 큰 제벡 효과를 나타내는 반도체 Si를 조합한 복합 구조를 제작, 수평 열전 효과의 열전능으로서 세계 최고치인 +- 양방 열전능(+82μV/K, -41μV/K)을 관측하는 데 성공함.

관측된 열전능 값은 상기 모델에 의한 예측치와 정량적으로 일치했으며, 구조 최적화를 통해 더욱 향상될 것으로 예상됨. 관측된 열전능은 ‘이상 네른스트 효과(anomalous nernst effect)’에 의한 열전능 최고치를 한 자리 수나 상회하는 값으로, 수평 열전 효과의 실제 응용을 위한 연구 개발을 크게 진전시킬 것으로 기대됨.

향후 연구진은 IoT 기술에 공헌하는 환경 발전 및 사회의 에너지 절약에 기여하는 열류 센서 등으로의 응용을 목표로, 자성 재료·열전 재료의 탐색·개발, 최적 설계에 대응해 나갈 계획임.

본 연구 성과는 Nature Materials (Seebeck-driven transverse thermoelectric generation)에 게재됨.