Генерация постоянного тока в полуметаллах Вейля MnZn1–х(Cr,Fe)ₓSb
Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau
Рубрика: Технологические процессы и материалы
Статья в выпуске: 3 т.27, 2026 года.
Бесплатный доступ
В малых космических аппаратах необходимы источники электроэнергии малой мощности, работающие во время прохождения тени Земли. Рассматриваются альтернативные источники энергии и преобразование тепловой энергии в электрическую. Можно выделить несколько основных механизмов – термоэлектрический ток, возникающий при градиенте температур. Термоэмиссионный ток, обусловленный термоэмиссионным переносом электронов, и при наличии электрической поляризации возможно образование пироэлектрического тока. В полуметаллах Вейля благодаря их уникальной топологической зонной структуре и отсутствию центра инверсии или обращения времени, электроны ведут себя как безмассовые фермионы Вейля. Из-за топологических свойств узлов Вейля киральная аномалия вызывает перекачку электронов между долинами с разной киральностью, что создает неравновесное состояние. Это, в свою очередь, может приводить к возникновению аномального постоянного тока при спонтанном нарушении симметрии. В полуметаллах MnZn1–ХCrХSb с концентрацией хрома в (0 < Х ≤ 0,1) найдены максимумы температурной зависимости тока, соответствующие низкотемпературному спинпереориентационному переходу в области 120–140 K и аномалия при Т ≈ 290 K, которая интерпретируется как топологической переход. С ростом концентрации хрома сохраняется низкотемпературный спиновый переход и ток меняет знак в области 230 K. Замещение цинка железом в MnZn1–ХFeХSb приводит к температурному сдвигу аномалий тока при T ≈ 240 и 373 К для составов Х = 0,05 и 0,1, которые с увеличением концентрации до X = 0,2 смещаются соответственно к T ≈ 250 и 352 К. Экстремум в температурной зависимости тока в области 240–250 К связан со спиновой переориентацией вдоль тетрагональной оси, аналогичной переходу при ~220 K в Mn–Cr, но сдвинут по температуре вверх с ростом концентрации в результате изменения обменных параметров при замещении цинка железом. Высокотемпературный максимум в области температур 373 K для Х ≤ 0,1 и 352 K для Х = 0,2 объясняется перестройкой электронного спектра. Найдена концентрация железа с максимальным постоянным током.
Короткий адрес: https://sciup.org/148334412
IDS: 148334412 | УДК: 537.311.3:621.362 | DOI: 10.31772/2712-8970-2026-27-3-543-552
Dc generation in Weyl semimetals MnZn1–х(Cr,Fe)ₓSb
Small spacecraft require low-power electricity sources that operate during the Earth's shadow pass. Alternative energy sources and the conversion of thermal energy into electrical energy are being considered. Several main mechanisms can be identified such as thermoelectric current arising from a temperature gradient. Thermionic emission current due to thermionic electron transport, and, in the presence of electric polarization makes the generation of pyroelectric current possible. In Weyl semimetals, owing to their unique topological band structure and the absence of inversion or time-reversal symmetry, electrons behave as massless Weyl fermions. Due to the topological properties of the Weyl nodes, the chiral anomaly causes pumping of electrons between valleys of opposite chirality, creating a non‑equilibrium state. This, in turn, can lead to the emergence of an anomalous direct current upon spontaneous symmetry breaking. In the Weyl semimetal system MnZn1–ХCrХSb, at chromium concentrations in the range 0 < x ≤ 0.1, maxima in the temperature dependence of the current have been found that correspond to a low-temperature spin-reorientation transition in the region of 120–140 K, as well as an anomaly at T ≈ 290 K, which is interpreted as a topological transition. With increasing chromium concentration, the low-temperature spin transition persists, and the current changes sign near 230 K. Substitution of zinc with iron in MnZn1-ХFeХSb leads to a temperature shift of the current anomalies: at T ≈ 240 and 373 K for compositions with x = 0.05 and 0.1, which, upon increasing the concentration to x = 0.2, shift to T ≈ 250 and 352 K, respectively. The extreme in the temperature dependence of the current in the range 240–250 K is associated with spin reorientation along the tetragonal axis, analogous to the transition near 220 K in Mn–Cr, but shifted upward in temperature with increasing concentration due to changes in exchange parameters upon substitution of zinc by iron. The high‑temperature maximum in the range of 373 K for x ≤ 0.1 and 352 K for x = 0.2 is attributed to a reconstruction of the electronic spectrum. An iron concentration that maximum the direct current has been identified.
