Functionally Active Contact Materials: the One-Dimensional AltCPD Conductor and Its Multiphysical Response

В этом препринте представлен класс материалов и элементарная одномерная их реализация, в которой основным функциональным каналом является искусственно созданная совокупность внутренних гетероконтактов, а не объемные транспортные свойства. Мы определяем AltCPD-проводник (проводник с переменным контактным потенциалом; в русской терминологии ЗКРП-проводник с знакопеременной контактной разностью потенциалов) как непрерывный провод, состоящий из N чередующихся гетерогенных сегментов, разделенных N−1 металл-металлическими или металл-полупроводниковыми соединениями. Полярность контактного потенциала искусственно создана таким образом, чтобы она чередовалась вдоль цепочки. В данной работе строго различаются три физические величины: (i) статическая разность контактных потенциалов (CPD), определяемая разностью работы выхода на каждом интерфейсе, (ii) термоэлектрический коэффициент Зеебека, определяющий обратимый термоэлектрический отклик, и (iii) внешне измеряемая конечная наблюдаемая величина, которая в термодинамическом равновесии обращается в нуль (закон Вольта) и становится информативной только тогда, когда внешние воздействия нарушают равновесие вдоль цепочки. Мы формулируем линеаризованную модель отклика AltCPD-проводника при многофизическом возбуждении (тепловом, механическом, химическом, радиационном, электромагнитном), ставим обратную задачу измерения как задачу восстановления профиля возмущения {δU_k} по измерениям на терминале и вводим метод фазового сканирования в качестве универсального протокола считывания. Одно и то же оборудование работает в четырех взаимных режимах — распределенный датчик, приемник сигнатур, гибридный преобразователь энергии и физически неклонируемый идентификатор — различаясь только электроникой терминала и протоколом демодуляции. Проводник AltCPD не предлагается в качестве равновесного источника энергии. Сбор энергии явно ограничен тепловыми градиентами (Зеебек), окружающими электромагнитными полями (распределенное выпрямление) и внешней мощностью возбуждения. Все утверждения рассматриваются в рамках традиционной неравновесной термодинамики. Для эмпирической проверки указан эталонный экспериментальный прототип на основе стандартных термоэлектрических сплавов (Cu–константан, хромель–алюмель).