Магнитное соединение урана оказалось обладает сильными термоэлектрическими свойствами, генерируя в четыре раза большее поперечное напряжение от тепла, чем соединение кобальта-марганца-галлия, поставившее прошлый рекорд. Этот результат открывает новый потенциал для актинидных элементов в нижней части периодической таблицы и указывает на новое направление в исследованиях топологических квантовых материалов.

Ученые обнаружили, что большая спин-орбитальная связь и сильные электронные корреляции в системе уран-кобальт-алюминий, легированная рутением, привели к колоссальной аномальной проводимости Нернста. Это показывает, что уран и актинидные сплавы являются многообещающими материалами для изучения взаимодействия топологии материала и сильных электронных корреляций.

Реакция Нернста возникает, когда материал преобразует поток тепла в электрическое напряжение. Это термоэлектрическое явление можно использовать в устройствах, вырабатывающих электричество из источника тепла. Наиболее ярким примером являются радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГи), которые используют тепло от естественного радиоактивного распада плутония-238 для выработки электроэнергии — один из таких РИТЭГов в настоящее время питает марсоход Perseverance на Марсе.

«Что интересно, этот колоссальный аномальный эффект Нернста, по-видимому, связан с богатой топологией материала. Эта топология создается большой спин-орбитальной связью, которая обычна для актинидов. Одним из следствий топологии металлов является генерация поперечной скорости, которая может вызывать реакцию Нернста. Она также может генерировать другие эффекты — такие, как новые состояния поверхности, которые могут быть полезны в различных квантовых информационных технологиях», – Филип Роннинг, директор Института материаловедения в Национальной лаборатории Лос-Аламоса.

Урановая система генерировала изменения температуры в 23 микровольта на кельвин — в четыре раза больше, чем предыдущий рекорд, который был обнаружен в сплаве кобальт-марганец-галлий пару лет назад и также был отнесен к этим видам топологических истоков.