Si se calienta un extremo de un conductor y se deja el otro frío, los electrones comienzan a fluir del extremo caliente al frío. Normalmente, esto genera un voltaje a lo largo del conductor, como el agua que fluye por un canal inclinado. Pero en algunos materiales, los electrones se desvían lateralmente y el voltaje aparece a través del conductor. Es como un mago que sopla una pelota y esta no sale hacia adelante, sino hacia un lado. Esta respuesta lateral se denomina efecto termoeléctrico transversal.
En el nuevo trabajo, los investigadores tomaron una aleación de hierro y silicio, Fe5Si3, y fabricaron una película delgada. A temperatura ambiente, la respuesta transversal resultó ser muy fuerte: aproximadamente 1,5 microvoltios por cada grado de diferencia. En comparación, en los metales comunes este valor es cientos de veces menor. Además, parte de la señal se conservaba incluso al calentar por encima de la temperatura ambiente, algo poco común.
Los cálculos mostraron que la razón de esta eficiencia reside en la estructura especial de los niveles electrónicos. En este material coexisten simultáneamente varios estados inusuales que normalmente aparecen por separado. Debido a esto, los electrones que se mueven en diferentes direcciones reaccionan de manera distinta al campo magnético, y como resultado se genera una fuerte respuesta lateral. Es importante que el material esté compuesto por solo dos elementos comunes, por lo que es barato y accesible.
Esta aleación podría ser útil en dispositivos que capturan calor residual, por ejemplo, de tubos de escape o microchips, y lo convierten en electricidad. Por ahora es solo un resultado de laboratorio, pero demuestra que los materiales simples pueden comportarse de maneras sorprendentemente complejas y útiles.
El efecto termoeléctrico transversal lleva el nombre del físico alemán Walther Nernst, quien lo descubrió en 1886. Desde entonces se ha buscado en diversos materiales, pero solo recientemente se descubrió que algunas aleaciones magnéticas producen una respuesta especialmente fuerte.
En la novela de Frank Herbert 'Dune', los habitantes del desierto usan trajes especiales que convierten el calor corporal en energía útil. Principios similares, la conversión de calor en electricidad, están en la base de los materiales termoeléctricos, aunque aún están lejos de la eficiencia fantástica.