睽違174年！科學家首度觀測到「橫向湯姆森效應」

1851年，被譽為「熱力學之父」的威廉·湯姆森（後受封為開爾文勳爵）發現：當電流透過兩端溫度不同的導體時，會產生吸熱或放熱現象。這個被稱為「湯姆森效應」的發現，與其他兩種熱電效應共同構成了19世紀熱電學的重要基礎。過去科學家已在銅、鋅、銀等金屬中觀察到這種效應。

有趣的是，在某些金屬（如鐵）中還觀察到「負湯姆森效應」——溫度變化方向與電流方向相反。物理學家長期推測，在特定條件下應該存在與電流方向垂直的「橫向湯姆森效應」，如今這個預測終於獲得證實。

來自日本兩所研究機構的團隊，選擇使用鉍銻半金屬作為導體材料。他們讓電流、溫度梯度與磁場三者在空間中彼此垂直作用：假設將Bi₈₈Sb₁₂合金薄片水平放置，電流沿長度方向流動，熱量從側面施加（而非端部），磁場則垂直向下穿透薄片。

實驗結果顯示，研究人員不僅能透過改變磁場方向來控制薄片的升溫或降溫過程，更觀察到材料邊緣區域會出現與主體不同的溫度響應。這種邊際效應被歸因於「埃廷豪森效應」，其強度在該區域甚至超過了橫向湯姆森效應。

據估算，目前觀察到的橫向效應強度約為原始湯姆森效應的15%，但研究人員認為在不同材料中可能獲得增強。值得注意的是，這裡討論的湯姆森效應與廣為人知的「焦耳-湯姆森效應」截然不同——後者是針對氣體的研究成果，且涉及完全不同的物理機制。

這項突破性發現已刊登於《自然物理》期刊，為熱電材料研究開闢了新方向。