Zjawisko Seebacka polega na powstawaniu siły elektromotorycznej w obwodzie zawierającym dwa metale lub półprzewodniki, których złącza znajdują się w różnych temperaturach. Ilość energii elektrycznej, którą można wytworzyć przy danej różnicy temperatur, mierzy się za pomocą tak zwanej wartości ZT: im wyższa wartość ZT materiału, tym lepsze są jego właściwości termoelektryczne. To właśnie w tutaj Austriacy wykazali się niespotykanym wcześniej kunsztem.
Najlepsze jak dotąd termoelektryki cechowały się wartością ZT na poziomie około 2,5 do 2,8. Naukowcom z Uniwersytetu Technicznego w Wiedniu udało się opracować zupełnie nowy materiał o wartości ZT od 5 do 6. Składają się na niego cienkie warstwy żelaza, wanadu, wolframu i aluminium nałożone na kryształ krzemu. Podaje się, że materiał jest w stanie wytworzyć ilość energii niezbędną nie tylko do zasilania czujników, ale nawet niektórych procesorów komputerowych. Ich zasilanie brałoby się wyłącznie z różnic temperatur.
„Dobry materiał termoelektryczny musi wykazywać silny efekt Seebecka i musi spełniać dwa ważne wymagania, które trudno jest często ze sobą pogodzić”, mówi prof. Ernst Bauer. „Z jednej strony powinien on przewodzić prąd tak dobrze, jak to możliwe; z drugiej strony powinien transportować ciepło tak słabo, jak to możliwe. Jest to wyzwanie, ponieważ przewodnictwo elektryczne i przewodność cieplna są zwykle ściśle powiązane.”
Sukces naukowców z Austrii tkwi właśnie w niestosowanej wcześniej mieszance materiałów.
„Atomy w materiałach termoelektrycznych są zwykle ułożone w ściśle regularny wzór – w sieć sześcienną, w której na każdym wierzchołku i na środku każdej komórki elementarnej znajduje się atom”, mówi Ernst Bauer. „Odległość między dwoma atomami żelaza jest zawsze taka sama i to samo dotyczy innych rodzajów atomów. Cały kryształ jest zatem całkowicie regularny.”
Kiedy jednak na krzem nakłada się cienką warstwę materiału, dzieje się coś niesamowitego: struktura zmienia się radykalnie. Chociaż atomy wciąż tworzą sześcienny wzór, są one teraz ułożone w strukturę skoncentrowaną na przestrzeni, a rozkład różnych rodzajów atomów staje się całkowicie losowy. Ta mieszanina regularności i nieregularności układu atomowego zmienia również strukturę elektronową, która determinuje ruch elektronów w ciele stałym. W ten sposób uzyskuje się bardzo niski opór elektryczny.
Drgania sieci krystalicznych, które przenoszą ciepło z miejsc o wysokiej temperaturze do miejsc o niskiej temperaturze, są hamowane przez nieregularności w strukturze kryształu. Dlatego właśnie przewodność cieplna maleje. Jest to ważne, jeśli energia elektryczna ma być stale wytwarzana z różnicy temperatur – jeśli różnice temperatur szybko by się równoważyły, a cały materiał miałby wszędzie tę samą temperaturę, wówczas efekt termoelektryczny zatrzymałby się.