Прорыв произошёл в Университете Нагои и Токийском университете. В статье, опубликованной в Nature Physics, команда физиков во главе с Ацуши Такахаги и Кенъити Учидой сообщает об экспериментальной демонстрации поперечного эффекта Томсона в полуметаллическом сплаве висмута и сурьмы Bi₈₈Sb₁₂. Исследователи использовали метод инфракрасной термовизуализации, чтобы отследить распределение тепла на поверхности материала, к которому был приложен электрический ток и магнитное поле под углом 90 градусов друг к другу. Это позволило впервые визуализировать асимметрию температурного распределения, характерную именно для эффекта Томсона.

Ключом к успеху стал выбор материала. Сплав Bi₈₈Sb₁₂ проявляет сильный аномальный эффект Нернста при комнатной температуре, а также обладает высокой чувствительностью к внешним полям. В отличие от классических проводников, он позволяет «вытянуть» термоэлектрические сигналы из общего теплового фона. Чтобы дополнительно снизить влияние джоулева нагрева и других паразитных эффектов, физики подавали переменный ток и извлекали из тепловых изображений только те колебания температуры, которые синхронизированы с током. Так они смогли точно выделить искомый эффект.

Результаты оказались не только теоретически значимыми, но и крайне перспективными с прикладной точки зрения. Физики обнаружили, что могут переключать режим нагрева и охлаждения на боковых поверхностях образца, просто меняя направление магнитного поля. Это даёт надежду на появление нового поколения термоэлектрических устройств, способных динамически управлять температурой без механических переключателей и без необходимости менять направление тока, как в случае с элементами Пельтье.

В перспективе такие материалы и эффекты могут лечь в основу высокоэффективных термоуправляющих систем, применяемых в электронике, космических аппаратах, медицинской технике и квантовых компьютерах. Там, где критически важно быстро и точно отводить или подавать тепло, эффект Томсона может стать революционным инструментом.

До этого момента поперечный эффект Томсона был предсказан теоретически, но фактически «терялся» на фоне более сильных или конкурирующих эффектов. Эффект Пельтье, например, возникает на границе двух проводников и описывает поглощение или выделение тепла при прохождении тока, а эффект Эттингсгаузена описывает поперечный температурный градиент, возникающий в магнитном поле — и оба этих явления способны маскировать более тонкий сигнал Томсона. Именно поэтому исследователям потребовались не только подходящий материал, но и инновационный экспериментальный подход.

Как подчёркивают авторы статьи, новый эффект можно использовать в устройствах, где тепловая асимметрия критична: например, для охлаждения отдельных микросхем на чипе без необходимости вмешиваться в общий температурный режим. Также возможно создание умных радиаторов, способных переключаться между нагревом и охлаждением в зависимости от условий.

В будущем команда планирует расширить область исследований, экспериментируя с другими сплавами и многослойными структурами, которые могут усилить эффект. Параллельно разрабатываются математические модели, уточняющие, как именно магнитное поле и характеристики материала влияют на тепловую отдачу. Вполне возможно, что в ближайшие годы мы станем свидетелями целого направления в электронике, связанного с «магнитным» управлением температурой на микроуровне.

Таким образом, спустя почти два века после того, как лорд Кельвин выдвинул свою гипотезу, одно из самых изящных термоэлектрических явлений наконец экспериментальное подтверждение. Это не просто научная победа — исследователи уверены, чир это шанс открыть новое измерение в управлении энергией.