EAGER: CRYO: Thermomagnetic Refrigeration

EAGER:CRYO:热磁制冷

基本信息

  • 批准号:
    2230352
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 30万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-09-01 至 2024-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This project is jointly supported by the Division of Chemical, Bioengineering, Environmental and Transport Systems and the Division of Materials Research.Many critical physics phenomena and phases are only observable and occur at ultra-low temperatures, below 1K. Futuristic quantum-based devices for applications in quantum computing, sensing, and communications are dependent upon ultra-low temperature physics. Advances in refrigeration technologies enabling sub-Kelvin refrigeration are therefore crucial to continue and expand our understanding of fundamental and applied physics. The current widely used refrigeration technology to achieve sub-Kelvin is based on the usage of the rare helium isotope, 3He. Given the projected shortage and the high price of liquid helium, it is crucial to develop alternative technologies enabling future sustainable quantum computing, sensing, and communications. Among potential solutions, solid-state technologies with no moving parts are attractive since they do not require maintenance. One of the solutions, which is the focus of this proposal, is the Nernst-Ettingshausen refrigeration. In addition to being fully solid-state, these refrigerators have an extremely simple design and are made out of a single material. The Nernst-Ettingshausen refrigeration refers to the observation of a developed temperature difference along the sample as a result of heat pumping when an electric field and a magnetic field are applied to a solid material, usually a semi-metal. Bismuth and its alloys with antimony are shown to be efficient thermomagnetic materials in the 50K-150K temperature range. The newly discovered quantum materials, the so-called topological semimetals, have the potential of extending the refrigeration operating temperature to ultra-low temperatures. Based on PI team's primarily developed first-principles module, this proposal includes studying the thermomagnetic properties of topological semimetals, theoretically with no fitting parameters, and using descriptors and machine learning to identify new thermomagnetic materials for sub-Kelvin refrigeration. The proposal envisions three major thrusts: (1) Identify materials with a large figure of merit at ultra-low temperatures, below 1K, (2) Experimentally characterize the thermomagnetic properties in the 2K-100K range, and (3) Build and test a proof-of-principle refrigerator prototype. The intellectual merit of the proposal is in the systematic studying of a large group of newly discovered materials, which is only possible due to recent advances in computational methods, including the team's recently developed first-principle-based code. Building and validating a complete theoretical-experimental set of tools to evaluate the potential of materials enables a fast pace in the discovery of materials' unique properties.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该项目由化学,生物工程,环境和运输系统以及材料研究司共同支持。许多关键的物理现象和相位仅可观察到,并且在1K以下的超低温度下发生。用于量子计算,传感和通信应用程序应用的未来派量子设备取决于超低温度物理。因此,使子凯文制冷的制冷技术的进步对于继续和扩展我们对基本和应用物理学的理解至关重要。当前使用广泛使用的制冷技术来实现子凯文,是基于稀有氦同位素3HE的使用。鉴于预计的短缺和液态氦气的高价,开发替代技术至关重要,以实现未来的可持续量子计算,传感和通信。 在潜在的解决方案中,没有运动部件的固态技术很有吸引力,因为它们不需要维护。该提案的重点之一是纳斯特·埃特辛斯豪森(Nernst-Ettingshausen)制冷。除了完全固态外,这些冰箱还具有非常简单的设计,并且是由单个材料制成的。 Nernst-Ettingshausen制冷是指由于电场和磁场应用于固体材料时,通常是在样品中观察到的温度差,通常是半金属。在50k-150k温度范围内,晶晶及其具有锑的合金被证明是有效的热磁材料。新发现的量子材料,即所谓的拓扑半学,具有将制冷工作温度扩展到超低温度的潜力。基于PI团队主要开发的第一原理模块,该建议包括研究拓扑半学的热磁性特性,理论上没有拟合参数,并使用描述符和机器学习来识别用于亚kelvin重合的新热磁材料。该提案设想了三个主要的推力:(1)在超低温度下,低于1k,(2)实验表征2K-100K范围内的热磁特性的材料,并在2K-100K范围内进行实验表征;该提案的智力优点在于系统地研究一大批新发现的材料,这仅是由于计算方法的最新进展,包括该团队最近开发的基于第一原则的代码。 建立和验证一套完整的理论实验性工具来评估材料的潜力,可以在发现材料的独特属性方面快速发展。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为值得通过基金会的知识分子优点和更广泛的影响审查标准通过评估来获得支持。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
First-principles-aided evaluation of the Nernst coefficient beyond the constant relaxation time approximation
  • DOI:
    10.1016/j.commatsci.2023.112193
  • 发表时间:
    2023-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    S. E. Rezaei;M. Zebarjadi;K. Esfarjani
  • 通讯作者:
    S. E. Rezaei;M. Zebarjadi;K. Esfarjani
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Mona Zebarjadi其他文献

Abnormal Magnetic Phase Transition in Mixed‐Phase (110)‐Oriented FeRh Films on Al2O3 Substrates via the Anomalous Nernst Effect
Al2O3 基底上混合相 (110) 取向 FeRh 薄膜中异常磁相变通过反常能斯特效应
  • DOI:
  • 发表时间:
    2024
  • 期刊:
  • 影响因子:
    13.3
  • 作者:
    J. Choi;Chanho Park;Gil‐Sung Kim;Jung;No‐Won Park;Yun‐Ho Kim;Min Young Jung;Seo Hyoung Chang;Md Sabbir Akhanda;B. Shivaram;Steven P. Bennett;Mona Zebarjadi;Sang‐Kwon Lee
  • 通讯作者:
    Sang‐Kwon Lee
Heat Management in Thermoelectric Power Generators
热电发电机的热管理
  • DOI:
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Mona Zebarjadi
  • 通讯作者:
    Mona Zebarjadi
Thermomagnetic responses of semimetals
半金属的热磁响应
  • DOI:
  • 发表时间:
    2024
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Md Sabbir Akhanda;Katherine A. Schlaak;Eleanor F. Scott;Md Nasim Afroj Taj;Sarah J. Watzman;Mona Zebarjadi
  • 通讯作者:
    Mona Zebarjadi
Unconventional Route to Uniform Hollow Semiconducting Nanoparticles with Tailorable Dimensions, Compositions, Surface Chemistry, and Near-Infrared Absorption
具有可定制尺寸、成分、表面化学和近红外吸收能力的均匀中空半导体纳米颗粒的非常规途径
  • DOI:
    10.1002/anie.201706182
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Yanjie He;Xinchang Pang;Beibei Jiang;Chaowei Feng;Yeu-Wei Harn;Yihuang Chen;Young Jun Yoon;Shuang Pan;Cheng-Hsin Lu;Yajing Chang;Mona Zebarjadi;Zhitao Kang;Naresh Thadhani;Juan Peng;Zhiqun Lin
  • 通讯作者:
    Zhiqun Lin
Thermoelectric properties of layered ternary telluride Nb 3 SiTe 6
层状三元碲化物Nb 3 SiTe 6 的热电性能
  • DOI:
    10.1103/physrevmaterials.4.094205
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Yahui Pang;Emad Rezaei;Dongyun Chen;Si Li;Yu Jian;Qinsheng Wang;Zhiwei Wang;Junxi Duan;Mona Zebarjadi;Yugui Yao
  • 通讯作者:
    Yugui Yao

Mona Zebarjadi的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Mona Zebarjadi', 18)}}的其他基金

CAREER: Nonlinear Solid-State Thermal to Electrical Power Generators
职业:非线性固态热能发电机
  • 批准号:
    1653268
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Hybrid Organic-Inorganic Thermoelectric Materials
合作研究:有机-无机杂化热电材料
  • 批准号:
    1723353
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Hybrid Organic-Inorganic Thermoelectric Materials
合作研究:有机-无机杂化热电材料
  • 批准号:
    1400246
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

基于微纳结构的非接触式玻璃化冷冻研究
  • 批准号:
    52306114
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
赖氨酸乙酰化修饰在鸡精液冷冻中的保护作用和机制研究
  • 批准号:
    32302726
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
碱性氨基酸/TGase关联调控冷冻损伤肉蛋白凝胶性能的机制研究
  • 批准号:
    32372377
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
Mini/Micro-LED显示器件表面功能结构冷冻磨切加工机理及光学性能研究
  • 批准号:
    52375426
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
光热导电高分子-抗冻多肽二维纳米冷冻剂用于类器官冷冻保存的研究
  • 批准号:
    22305141
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

Cryo-EM studies of a metazoan replisome captured ex vivo during elongation and termination
在延伸和终止过程中离体捕获的后生动物复制体的冷冻电镜研究
  • 批准号:
    BB/Y006232/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Research Grant
Cryo-EM studies of a metazoan replisome captured ex vivo during elongation and termination
在延伸和终止过程中离体捕获的后生动物复制体的冷冻电镜研究
  • 批准号:
    BB/Y006151/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Research Grant
Intelligent cryo-electron microscopy of G protein-coupled receptors
G 蛋白偶联受体的智能冷冻电子显微镜
  • 批准号:
    23K23818
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Atomistic reconstruction of large biomolecular systems from low-resolution cryo-electron microscopy data - RECKON
利用低分辨率冷冻电子显微镜数据原子重建大型生物分子系统 - RECKON
  • 批准号:
    EP/Y010221/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Fellowship
MFB: Evaluating and Advancing Cryo-EM for RNA Conformational Ensembles
MFB:评估和推进 RNA 构象整体的冷冻电镜
  • 批准号:
    2330652
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了