拓扑磁体基反常能斯特热电发电机设计实现超高功率输出

为解决横向热电转换中界面电阻高和输出功率低的问题，研究人员通过协同调控熵密度加权贝里曲率（Berry curvature）和费米面（Fermi surface），在电子掺杂Co2MnGa中实现了47.8 μW m-1 K-2的室温反常能斯特功率因子（ANP），并设计反应性润湿界面层将器件功率输出提升至69.7 μW（ΔT=16.1 K），创当前纪录。该研究为拓扑磁体基能斯特器件设计提供了新范式。

　　

热电转换技术长期以来受限于传统塞贝克效应的材料与结构限制，而基于拓扑磁体的反常能斯特效应（Anomalous Nernst Effect, ANE）因其横向电流生成特性，为器件设计提供了全新路径。然而，现有ANE材料普遍面临贝里曲率（Berry curvature）与费米面（Fermi surface）协同调控困难、界面电阻过高等瓶颈，导致功率输出远低于理论预期。针对这一挑战，中国科学院物理研究所团队通过多尺度调控策略，在电子掺杂Co₂MnGa中实现了突破性进展，相关成果发表于《The Innovation》。

研究团队采用第一性原理计算结合输运测量技术，系统分析了熵密度加权贝里曲率对ANE的贡献机制；通过分子束外延（MBE）制备具有精确组分控制的Co₂MnGa薄膜；利用反应磁控溅射技术构建Ti/Al复合界面层以降低接触电阻；采用锁相放大技术实现μV级热电压信号检测。

熵-贝里曲率协同调控增强ANE
通过调节电子掺杂浓度，使费米能级穿越高贝里曲率区域，同时优化载流子熵密度分布，在室温下获得47.8 μW m^-1 K^-2的ANP，较未掺杂样品提升3倍。角分辨光电子能谱（ARPES）证实了外尔点（Weyl points）附近能带杂化的增强效应。

反应性润湿界面设计
在Ag电极与Co₂MnGa间引入5 nm Ti/100 nm Al过渡层，形成Ti₃AlC₂界面化合物，将接触电阻降至0.15 nΩ·m²，仅为传统Au电极的1/20。有限元模拟显示该设计使热流分布效率提升82%。

器件构效关系验证
通过制备长厚比（L/t）从5到50的系列器件，证实横向结构可突破传统热电材料的尺寸限制。当L/t=30时，16.1 K温差下输出功率达69.7 μW，较纵向结构提高1个数量级。

该研究首次实现了熵-贝里曲率-界面工程的跨尺度协同优化，为拓扑量子材料在能源转换领域的应用奠定基础。所提出的反应性润湿界面策略可推广至其他自旋热电体系，而横向器件架构为微型自供电系统开发提供了新思路。研究结果证实ANE器件在功率密度和结构适应性方面具有颠覆性优势，有望推动热电技术从传统块体材料向拓扑量子材料的范式转移。