Wien. Es gibt Materialien, die Wärme direkt in elektrischen Strom umwandeln können. Diese "Thermoelektrika" gelten als Energiehoffnung. An der Technischen Universität (TU) Wien wurde nun ein neues, effektiveres thermoelektrisches Material hergestellt.

Die Forscher sperrten Cer-Atome (Cer ist, wie Nickel oder Gold, ein chemisches Element, Anm.) in Atom-Käfige. Das ständige Rütteln der "Gefangenen" an ihrem Käfig sei für die besonders guten Eigenschaften des neuen Materials verantwortlich, berichten sie in "Nature Materials". Der Hintergrund: Kristallverbindungen, bei denen einzelne Fremdatome in von Wirtsatomen gebildeten Hohlräumen eingeschlossen sind, werden "Clathrate" genannt. Die Eigenschaften der Clathrate hängen von der Wechselwirkung der "Gefangenen" mit ihrem Gitterkäfig ab. "Wir hatten die Idee, Cer-Atome in die Käfige einzusperren, weil ihre magnetischen Eigenschaften ganz besondere Arten von Wechselwirkungen erwarten ließen", erklärt Silke Bühler-Paschen vom Institut für Festkörperphysik der TU Wien.

Thermische Anregung


Bisherige Versuche, magnetische Atome in solchen Strukturen "gefangen" zu nehmen, scheiterten. Mithilfe eines ausgeklügelten Kristallzuchtverfahrens gelang es aber, die zur Gruppe der Seltenen Erden gehörenden Cer-Atome in ein Material aus Barium, Silizium und Gold einzusperren.

"Durch thermische Anregung schwingen die Cer-Atome in ihren Käfigen sehr stark, und umso stärker je höher die Temperatur ist - dies erhöht die Thermokraft", sagte Bühler-Paschen. Verbindet man nun ein solches Material mit einem heißen und einem kalten Objekt, entsteht ein Wärmefluss zwischen warmer und kalter Seite. Dadurch baut sich eine Spannung in dem Thermoelektrikum auf, die man nutzen kann. Die Forscher haben das neue Material zum Patent angemeldet.