导读
近日，日本北海道大学领导的科研团队通过使得扩散电子的运动空间显著变窄，改善了将废热转化为可用电力的能力。
背景
电厂、工厂、汽车、计算机甚至人体，在工作的过程中都会产生余热，又称为“废热”，这一部分的热量往往都会被浪费掉。然而，200多年前德国科学家 Thomas J. Seebeck 发现的一种物理现象：“热电效应”，能够废热转化为电能，为废热的利用带来了新希望。
“热电效应”离不开特殊的“热电材料”。然而，目前阻碍热电材料大规模实际应用的关键瓶颈之一就是：热电转换效率太低。为此，笔者曾介绍过美国麻省理工学院（MIT）的物理学家们报告的一种提高热电转换效率的方法，即在强磁场作用下加热拓扑半金属。
创新
今天，笔者要为大家介绍另外一种提升热电转化效率的新方案。
近日，日本北海道大学的科研人员以及他们在日本和台湾的同事们，通过将扩散电子的运动空间显著变窄，改善了将废热转化为可用电力的能力。他们将热量转化电力的能力提高了一倍多，减少了日常活动和工业中的热量以及矿石燃料的浪费。相关论文发表于《自然通信（Nature Communications）》杂志。
技术
科学家们一直在研究通过将电子限制在狭窄空间中的方法来改善热电转换效率。2007年，科学家们用两层厚厚的绝缘层像三明治一般夹住超薄的导电层，构造出人工超晶格。这种方法产生的电压更高，但并不会改善热电转换效率。研究人员预测，如果德布罗意波长更长的电子，意味着它们更容易扩展，被限制在狭窄的导电层中，热电转换效率将得以提升，但是目前为止尚未经过实验证实。
北海道大学 Hiromichi Ohta 领导的科研团队设计出一种超晶格，其中的电子扩散的范围要比先前的实验宽30%。这将带来更高的电压以及两倍于先前方法的热电转化效率。
超晶格的概念图：其中扩散电子被限制在狭窄的空间中，来改善热电转换效率。
价值
Hiromichi Ohta 表示：“这是朝着降低电厂、工厂、汽车、计算机甚至是人体浪费的热量的目标，迈出的重要一步。”
关键字
热电现象、热电材料、超晶格
【1】https://www.global.hokudai.ac.jp/blog/electron-sandwich-doubles-thermoelectric-performance/
【2】Yuqiao Zhang, Bin Feng, Hiroyuki Hayashi, Cheng-Ping Chang, Yu-Miin Sheu, Isao Tanaka, Yuichi Ikuhara, Hiromichi Ohta. Double thermoelectric power factor of a 2D electron system. Nature Communications, 2018; 9 (1) DOI: 10.1038/s41467-018-04660-4
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