Тепло превращается в электричество даже в обычном стекле экспресс
Если нагреть гвоздь в костре, он удлинится — это знает каждый. Но если нагреть только кончик, а другой оставить холодным, гвоздь не просто станет длиннее: он изогнётся, потому что горячий металл расширяется сильнее холодного. Именно этот изгиб, только на атомном уровне, физики превратили в электричество.
В изоляторах — стекле, пластике, керамике — свободных электронов почти нет, поэтому обычный термоэлектрический эффект там не работает. Авторы работы заставили тепло создавать напряжение иначе: перепад температуры вызвал неравномерное тепловое расширение, атомная решётка прогнулась, а любой прогиб в изоляторе рождает слабое электрическое поле. Это явление называют флексоэлектричеством (от латинского «изгибать»). Получилась цепочка: тепло → изгиб решётки → электрический заряд.
Самый сильный отклик дали тонкие образцы — ведь тонкую пластинку легче изогнуть, чем толстую. Но настоящий сюрприз ждал вблизи фазовых переходов: когда стекло размягчалось или магнитный материал терял свои магнитные свойства, тепловое расширение резко усиливалось. Электрический сигнал при этом подскакивал более чем в десять раз.
Этот механизм не зависит от симметрии кристалла, поэтому работает в любом изоляторе. А значит, бросовое тепло от процессора или выхлопной трубы можно превращать в электричество прямо в корпусе прибора — без металлов и сложных полупроводниковых структур.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2605.17224
Heat-to-charge conversion has traditionally been realized via the Seebeck effect in conductors and pyroelectricity in polar insulators. Here, we demonstrate that temperature gradients generate electrical polarization, namely thermopolarization, in a wide range of insulators through a thermomechanical pathway. We identify a mechanism where thermal expansion under a temperature gradient produces strain gradients that induce polarization via the flexoelectric effect. Using a device with an on-chip heater, we detect the heat-induced polarization in crystalline, polymeric, and amorphous systems, including MgO, Al$$_2$$O$$_3$$, MnO, mica, PET, PEN, polyimide, and soda-lime glass. The magnitude of the response exhibits a robust scaling with the coefficient of thermal expansion, which is reproduced by finite-element simulations. Furthermore, we identify two routes to enhance the response: reducing the sample thickness and exploiting structural instabilities such as glass and antiferromagnetic phase transitions, where more than an order-of-magnitude enhancement is observed. These results establish a symmetry-independent route for heat-to-charge conversion in insulators and provide a device-compatible platform for electrically probing lattice responses, with potential for enhancement in nanoscale systems such as two-dimensional materials.
Обычное оконное стекло, если один его край нагреть всего на пару градусов сильнее другого, выдаёт электрическое напряжение — крошечное, но вполне измеримое. Раньше считалось, что стекло на это не способно.