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» 2021年02月08日 08時30分 公開

熱電材料と磁性材料の組み合わせで新しい熱電効果、世界最高の熱電能を観測組み込み開発ニュース

物質・材料研究機構は、熱電材料と磁性材料を組み合わせた新原理「横型熱電効果」を発案し、世界最高の熱電能を観測した。汎用性の高い環境発電技術や高感度な熱流センサーへの応用が期待される。

[MONOist]

 物質・材料研究機構(NIMS)は2021年1月19日、新原理の「横型熱電効果」を発案し、世界最高の熱電能を観測したと発表した。熱電材料と磁性材料を最適に組み合わせることで大きな熱起電力を生成できることから、汎用性の高い環境発電技術や高感度な熱流センサーへの応用が期待される。

キャプション 横型熱電効果の概念図と熱電能 出典:NIMS

 熱電材料から電気を取り出す「ゼーベック効果」は、温度勾配と平行な方向に起電力が生じる「縦型」の熱電効果だ。そのため、発電力を高めるには材料の構成や構造が複雑になり、コストや耐久性、フレキシビリティーに課題があった。

 研究チームは、熱電材料のゼーベック効果によって発生する縦方向の電子の流れを、磁性材料の異常ホール効果によって横方向の起電力に変換させる「ゼーベック駆動横型熱電効果」を考案し、理論と実験から性能を確認した。

 大きなゼーベック効果を示す半導体Si(ケイ素)と、大きな異常ホール効果を示す磁性体Co2MnGa(コバルト・マンガン・ガリウム)を組み合わせて複合構造とすることで、熱電能が+82μV/Kまたは−41μV/Kと、横型熱電効果としては世界最高値を観測した。

 この値は、これまで磁性材料特有の熱電現象として知られる横型の「異常ネルンスト効果」による熱電能を一桁上回る。理論モデルからの予測値とも定量的に一致しており、構造を最適化することで、さらなる性能向上が期待できる。

 NIMSは今後も、磁性材料と熱電材料の探索および開発、それらの複合構造の最適設計に取り組むとしている。

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