Si l'on chauffe une extrémité d'un conducteur et que l'on maintient l'autre froide, les électrons commencent à se déplacer du chaud vers le froid. Cela crée généralement une tension le long du conducteur, comme l'eau qui s'écoule dans une gouttière inclinée. Mais dans certains matériaux, les électrons dévient latéralement, et la tension apparaît en travers. C'est un peu comme un magicien qui souffle sur une balle et celle-ci s'envole non pas vers l'avant, mais sur le côté. Cette réponse latérale est appelée effet thermoélectrique transversal.
Dans cette nouvelle étude, les chercheurs ont pris un alliage de fer et de silicium, Fe5Si3, et en ont fait un mince film. À température ambiante, la réponse transversale s'est révélée très forte : environ 1,5 microvolt par degré de différence. Pour comparaison, dans les métaux ordinaires, ce paramètre est des centaines de fois plus faible. De plus, une partie du signal persistait même lorsqu'on chauffait au-dessus de la température ambiante, ce qui est rare.
Les calculs ont montré que la raison de cette efficacité réside dans la structure particulière des niveaux électroniques. Dans ce matériau coexistent simultanément plusieurs états inhabituels qui se rencontrent généralement séparément. De ce fait, les électrons se déplaçant dans des directions différentes réagissent différemment au champ magnétique, et il en résulte une forte réponse latérale. Il est important que le matériau ne soit composé que de deux éléments courants, ce qui le rend bon marché et accessible.
Un tel alliage pourrait servir dans des dispositifs qui captent la chaleur perdue — par exemple, celle des tuyaux d'échappement ou des puces électroniques — et la transforment en électricité. Ce n'est encore qu'un résultat de laboratoire, mais il montre que des matériaux simples peuvent se comporter de manière étonnamment complexe et utile.
L'effet thermoélectrique transversal porte le nom du physicien allemand Walther Nernst, qui l'a découvert en 1886. Depuis, on l'a recherché dans divers matériaux, mais ce n'est que récemment qu'on a découvert que certains alliages magnétiques donnent une réponse particulièrement forte.
Dans le roman de Frank Herbert « Dune », les habitants du désert portent des combinaisons spéciales qui recyclent la chaleur corporelle en énergie utile. Des principes similaires — la conversion de la chaleur en électricité — sont à la base des matériaux thermoélectriques, même si leur efficacité est encore loin de celle de la science-fiction.