Fizikçiler, 19. yüzyılın ortalarında tanımlanan bir olgunun yeni bir biçimini ilk kez gözlemledi. Bu çığır açıcı deneyin, sıcaklığın hassas ve lokal şekilde yönetilmesi gereken teknolojilerde önemli gelişmelere yol açabileceği belirtiliyor.
1851 yılında William Thomson (daha çok bilinen adıyla Lord Kelvin), bir elektrik iletkeninin iki ucu arasında sıcaklık farkı olduğunda ve içinden akım geçtiğinde, iletkende ısının emildiğini ya da açığa çıktığını fark etti. Bu, 19. yüzyılda keşfedilen ve ısı ile elektriğin davranışını ilişkilendiren üç termoelektrik etkiden biriydi. "Thomson Etkisi" olarak anılan bu olgu, bakır, çinko ve gümüş gibi metallerde gözlemlenmişti.
Ayrıca demir gibi bazı metallerde bu etkinin tersi gözlemlenmiş, bu durum "negatif Thomson etkisi" olarak adlandırılmıştı. Ancak fizikçiler, doğru koşullar altında, akımın yönüne dik şekilde gerçekleşen bir "transvers Thomson etkisi"nin de var olması gerektiğini teorik olarak öne sürmüştü. İşte bu teorik olgu, nihayet Japonya’daki iki araştırma enstitüsünün ortak çalışmasıyla doğrulandı.
Bilim insanları, yarı metal özellikteki bizmut ve antimon karışımı bir iletken (Bi88Sb12) kullanarak bu etkiyi gözlemlemeyi başardı. Deneyde, elektrik akımı, sıcaklık gradyanı ve manyetik alan birbirine dik olacak şekilde ayarlandı. Bunu görselleştirmek gerekirse: elektrik akımı malzemenin uzunluğu boyunca akarken, ısı bir kenardan uygulanıyor ve manyetik alan yukarıdan aşağıya yöneliyor.
Ekip, bu koşullarda malzemenin ısısının artırılıp azaltılabildiğini ve manyetik alanın yönünün ters çevrilmesiyle bu değişimin tersine döndürülebildiğini gösterdi. Malzemenin kenarlarında görülen farklı tepkiler, transvers Thomson etkisine kıyasla daha baskın olan Ettingshausen etkisine bağlandı.
Araştırmacılar, transvers Thomson etkisinin, klasik Thomson etkisinin gücünün yaklaşık yüzde 15’i kadar olduğunu belirtiyor. Ancak bu oran, farklı malzemelerde daha da artırılabilir.
Thomson etkisi, elektronların soğuk bölgelerde daha yoğun olması nedeniyle potansiyel enerji hareketi oluşturmasıyla meydana geliyor. Bu etki, katı maddelerde görülürken, Joule-Thomson etkisi ise gazlarla ilgilidir ve bu iki olgu sıklıkla birbirine karıştırılıyor.
Bu yeni keşif, özellikle elektronik cihazlar ve hassas sıcaklık kontrolü gerektiren alanlarda büyük bir potansiyele sahip olabilir.