We have investigated the anomalous Ettingshausen effect (AEE) in iron–carbon alloys, i.e., cast irons and steel, using the lock-in thermography. All the alloys exhibit the clear AEE-induced temperature modulation, and their anomalous Ettingshausen coefficient is an order of magnitude greater than that of the pure iron at room temperature. The dimensionless figure of merit for AEE in the ductile cast iron is 55 times greater than that in the pure iron owing to the significant increase in the anomalous Ettingshausen coefficient. Our result reveals a potential of iron–carbon alloys as transverse thermoelectric materials, although the composition and microstructures optimizations are necessary.
References
1.
K.
Uchida
, W.
Zhou
, and Y.
Sakuraba
, Appl. Phys. Lett.
118
, 140504
(2021
).2.
K.
Uchida
and R.
Iguchi
, J. Phys. Soc. Jpn.
90
, 122001
(2021
).3.
K.
Uchida
, Proc. Jpn. Acad., Ser. B
97
, 69
(2021
).4.
5.
6.
E. H.
Butler
, Jr. and E. M.
Pugh
, Phys. Rev.
57
, 916
(1940
).7.
T.
Seki
, R.
Iguchi
, K.
Takanashi
, and K.
Uchida
, Appl. Phys. Lett.
112
, 152403
(2018
).8.
T.
Seki
, R.
Iguchi
, K.
Takanashi
, and K.
Uchida
, J. Phys. D
51
, 254001
(2018
).9.
T.
Seki
, A.
Miura
, K.
Uchida
, T.
Kubota
, and K.
Takanashi
, Appl. Phys. Express
12
, 023006
(2019
).10.
R.
Das
, R.
Iguchi
, and K.
Uchida
, Phys. Rev. Appl.
11
, 034022
(2019
).11.
A.
Miura
, H.
Sepehri-Amin
, K.
Masuda
, H.
Tsuchiura
, Y.
Miura
, R.
Iguchi
, Y.
Sakuraba
, J.
Shiomi
, K.
Hono
, and K.
Uchida
, Appl. Phys. Lett.
115
, 222403
(2019
).12.
R.
Modak
and K.
Uchida
, Appl. Phys. Lett.
116
, 032403
(2020
).13.
A.
Miura
, R.
Iguchi
, T.
Seki
, K.
Takanashi
, and K.
Uchida
, Phys. Rev. Mater.
4
, 034409
(2020
).14.
A.
Miura
, K.
Masuda
, T.
Hirai
, R.
Iguchi
, T.
Seki
, Y.
Miura
, H.
Tsuchiura
, K.
Takanashi
, and K.
Uchida
, Appl. Phys. Lett.
117
, 082408
(2020
).15.
H.
Mizuno
, R.
Modak
, T.
Hirai
, A.
Takahagi
, Y.
Sakuraba
, R.
Iguchi
, and K.
Uchida
, Appl. Phys. Lett.
120
, 202401
(2022
).16.
A.
Sakai
, S.
Minamis
, T.
Koretsune
, T.
Chen
, T.
Higo
, Y.
Wang
, T.
Nomoto
, M.
Hirayama
, S.
Miwa
, D.
Nishio-Hamane
, F.
Ishii
, R.
Arita
, and S.
Nakatsuji
, Nature
581
, 53
(2020
).17.
W.
Zhou
and Y.
Sakuraba
, Appl. Phys. Express
13
, 043001
(2020
).18.
H.
Nakayama
, K.
Masuda
, J.
Wang
, A.
Miura
, K.
Uchida
, M.
Murata
, and Y.
Sakuraba
, Phys. Rev. Mater.
3
, 114412
(2019
).19.
T.
Miyasato
, N.
Abe
, T.
Fujii
, A.
Asamitsu
, S.
Onoda
, Y.
Onose
, N.
Nagaosa
, and Y.
Tokura
, Phys. Rev. Lett.
99
, 086602
(2007
).20.
M.
Mizuguchi
, S.
Ohata
, K.
Uchida
, E.
Saitoh
, and K.
Takanashi
, Appl. Phys. Express
5
, 093002
(2012
).21.
Y.
Sakuraba
, K.
Hasegawa
, M.
Mizuguchi
, T.
Kubota
, S.
Mizukami
, T.
Miyazaki
, and K.
Takanashi
, Appl. Phys. Express
6
, 033003
(2013
).22.
Y.
Xu
, B.
Yang
, C.
Tang
, Z.
Jiang
, M.
Schneider
, R.
Whig
, and J.
Shi
, Appl. Phys. Lett.
105
, 242404
(2014
).23.
R.
Ramos
, M. H.
Aguirre
, A.
Anadón
, J.
Blasco
, I.
Lucas
, K.
Uchida
, P. A.
Algarabel
, L.
Morellón
, E.
Saitoh
, and M. R.
Ibarra
, Phys. Rev. B
90
, 054422
(2014
).24.
K.
Hasegawa
, M.
Mizuguchi
, Y.
Sakuraba
, T.
Kamada
, T.
Kojima
, T.
Kubota
, S.
Mizukami
, T.
Miyazaki
, and K.
Takanashi
, Appl. Phys. Lett.
106
, 252405
(2015
).25.
K.
Uchida
, T.
Kikkawa
, T.
Seki
, T.
Oyake
, J.
Shiomi
, Z.
Qiu
, K.
Takanashi
, and E.
Saitoh
, Phys. Rev. B
92
, 094414
(2015
).26.
M.
Ikhlas
, T.
Tomita
, T.
Koretsune
, M.
Suzuki
, D.
Nishio-Hamane
, R.
Arita
, Y.
Otani
, and S.
Nakatsuji
, Nat. Phys.
13
, 1085
(2017
).27.
Z.
Yang
, E. A.
Codecido
, J.
Marquez
, Y.
Zheng
, J. P.
Heremans
, and R. C.
Myers
, AIP Adv.
7
, 095017
(2017
).28.
H.
Kannan
, X.
Fan
, H.
Celik
, X.
Han
, and J. Q.
Xiao
, Sci. Rep.
7
, 6175
(2017
).29.
S.
Ishogami
, K.
Takanashi
, and M.
Mizuguchi
, Appl. Phys. Express
10
, 073005
(2017
).30.
A.
Sakai
, Y. P.
Mizuta
, A. A.
Nugroho
, R.
Sihombing
, T.
Koretsune
, M.
Suzuki
, N.
Takemori
, R.
Ishii
, D.
Nishio-Hamane
, R.
Arita
, P.
Goswami
, and S.
Nakatsuji
, Nat. Phys.
14
, 1119
(2018
).31.
H.
Reichlova
, R.
Schlitz
, S.
Beckert
, P.
Swekis
, A.
Markou
, Y.-C.
Chen
, D.
Kriegner
, S.
Fabretti
, G. H.
Park
, A.
Niemann
, S.
Sudheendra
, A.
Thomas
, K.
Nielsch
, C.
Felser
, and S. T. B.
Goennenwein
, Appl. Phys. Lett.
113
, 212405
(2018
).32.
S. N.
Guin
, K.
Manna
, J.
Noky
, S. J.
Watzman
, C.
Fu
, N.
Kumar
, W.
Schnelle
, C.
Shekhar
, Y.
Sun
, J.
Gooth
, and C.
Felser
, NPG Asia Mater.
11
, 16
(2019
).33.
G.-H.
Park
, H.
Reichlova
, R.
Schlitz
, M.
Lammel
, A.
Markou
, P.
Swekis
, P.
Ritzinger
, D.
Kriegner
, J.
Noky
, J.
Gayles
, Y.
Sun
, C.
Felser
, K.
Nielsch
, S. T. B.
Goennenwein
, and A.
Thomas
, Phys. Rev. B
101
, 060406(R)
(2020
).34.
Y.
Sakuraba
, K.
Hyodo
, A.
Sakuma
, and S.
Mitani
, Phys. Rev. B
101
, 134407
(2020
).35.
D.
Khadka
, T. R.
Thapaliya
, S. H.
Parra
, J.
Wen
, R.
Need
, J. M.
Kikkawa
, and S. X.
Huang
, Phys. Rev. Mater.
4
, 084203
(2020
).36.
Z.
Shi
, S.-J.
Xu
, L.
Ma
, S.-M.
Zhou
, and G.-Y.
Guo
, Phys. Rev. Appl.
13
, 054044
(2020
).37.
Y.
Hamada
, Y.
Kurokawa
, T.
Yamaguchi
, H.
Hanamoto
, and H.
Yuasa
, Appl. Phys. Lett.
119
, 152404
(2021
).38.
T.
Yamauchi
, Y.
Hamada
, Y.
Kurokawa
, and H.
Yuasa
, Jpn. J. Appl. Phys.
, 61
, SC1019
(2022
).39.
40.
M. F.
Ashby
and D. R. H.
Jones
, Engineering Materials 2
, 4th ed. (Butterworth-Heinemann
, Oxford
, 2013
).41.
W. F.
Smith
and J.
Hashemi
, Foundations of Materials Science and Engineering
, 4th ed. (McGraw-Hill Higher Education
, Boston
, 2006
).42.
O.
Breitenstein
, W.
Warta
, and M.
Langenkamp
, Lock-in Thermography: Basics and Use for Evaluating Electronic Devices and Materials Introduction
(Springer
, Berlin/Heidelberg
, 2010
).43.
S.
Daimon
, R.
Iguchi
, T.
Hioki
, E.
Saitoh
, and K.
Uchida
, Nat. Commun.
7
, 13754
(2016
).44.
O.
Wid
, J.
Bauer
, A.
Müller
, O.
Breitenstein
, S. S. P.
Parkin
, and G.
Schmidt
, Sci. Rep.
6
, 28233
(2016
).45.
K.
Uchida
, S.
Daimon
, R.
Iguchi
, and E.
Saitoh
, Nature
558
, 95
(2018
).46.
A.
Takahagi
, T.
Hirai
, R.
Iguchi
, K.
Nakagawara
, H.
Nagano
, and K.
Uchida
, Appl. Phys. Express
15
, 063002
(2022
).47.
K.
Uchida
, H.
Adachi
, T.
Kikkawa
, A.
Kirihara
, M.
Ishida
, S.
Yorozu
, S.
Maekawa
, and E.
Saitoh
, Proc. IEEE
104
, 1946
(2016
).48.
D.
Holmgren
, Int. J. Cast Met. Res.
18
, 331
(2005
).49.
H.
Masuda
, R.
Modak
, T.
Seki
, K.
Uchida
, Y.-C.
Lau
, Y.
Sakuraba
, R.
Iguchi
, and K.
Takanashi
, Commun. Mater.
1
, 75
(2020
).50.
X.
Wu
and Z.
Liu
, J. Appl. Phys.
123
, 085109
(2018
).51.
52.
A.
Miura
, T.
Kikkawa
, R.
Iguchi
, K.
Uchida
, E.
Saitoh
, and J.
Shiomi
, Phys. Rev. Mater.
1
, 014601
(2017
).53.
Z.
Chen
, X.
Zhang
, and Y.
Pei
, Adv. Mater.
30
, 1705617
(2018
).54.
A. J.
Minnich
, M. S.
Dresselhaus
, Z. F.
Ren
, and G.
Chen
, Energy Environ. Sci.
2
, 466
(2009
).55.
M.
Nomura
, J.
Shiomi
, T.
Shiga
, and R.
Anufriev
, Jpn. J. Appl. Phys.
, 57
, 080101
(2018
).© 2022 Author(s). Published under an exclusive license by AIP Publishing.
2022
Author(s)
You do not currently have access to this content.