• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Synthesis and physical property measurements on "uncompensated" thermoelectric semimetal

Research Project

Project/Area Number 21K13878
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

Nakano Akitoshi  名古屋大学, 理学研究科, 助教 (50842613)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Keywords熱電半金属 / 高移動度 / 低次元系 / 層状遷移金属カルコゲナイド / 擬一次元物質 / 電子正孔系 / 遷移金属カルコゲナイド / 層状カルコゲナイド / 低次元
Outline of Research at the Start

最近、申請者は層状カルコゲナイドTa2PdSe6が15 Kで巨大な熱電応答を示すことを発見した。本研究ではその起源解明と制御を目指す。室温以下で高い性能を示す熱電物質は限られており、またそれらはバンドギャップの小さな縮退半導体や強相関金属が主であった。それに対してTa2PdSe6は半金属であり、何らかの起源により電子と正孔の熱電応答が相殺しない“非補償”な電気伝導が実現していると考えなければこの巨大応答は説明できない。本研究では、異種元素を置換した一連の単結晶における熱電特性計測に基づき機能性の発現機構を実験的に明らかにし、半金属を用いた低温熱電という新しい指針を提案する。

Outline of Final Research Achievements

In this study, the origin of the giant thermoelectric power factor of the semimetal Ta2PdSe6 at low temperatures has been investigated in terms of synchrotron X-ray diffraction experiments and element substitution effects. The crystal structure hardly changes between room and low temperatures, indicating that the sign change in thermopower is not due to the change in the band structure. The effect of Nb substitution at the Ta site was investigated using a minimal two-carrier model. It was found that the magnitude of the mobility of holes relative to electrons could explain the substitution effect quantitatively. This suggests a guideline for the design of new thermoelectric materials for low temperatures using high-mobility semimetals.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究成果の学術的意義は、Ta2PdSe6という半金属物質が従来の半導体熱電材料と桁違いに大きな熱電性能を示すこと、さらにその性能が移動度に起因した"非補償性"という新しい設計指針にあることを示したことである。従来の熱電物質開発においては、超伝導デバイスの電子冷却や冷熱の利用が期待される低温(T < 200 K)における熱電物質の研究はあまり進んでいなかったが、この研究成果により、これまでほとんど手つかずで残されていた半金属物質群の鉱脈からより有望な物質の発見につながるかもしれない。将来的には超伝導素子の局所冷却・無冷媒動作などに革新的な影響を与えることも期待される。

Report

(3 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (31 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 2 results) Presentation (25 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Charge and lattice dynamics in excitonic insulator Ta2NiSe5 investigated using ultrafast reflection spectroscopy2022

    • Author(s)
      T. Miyamoto, M. Mizui, N. Takamura, J. Hirata, H. Yamakawa, T. Morimoto, T. Terashige, N. Kida, A. Nakano, H. Sawa and H. Okamoto
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 91 Issue: 2 Pages: 1-5

    • DOI

      10.7566/jpsj.91.023701

    • NAID

      210000159551

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Phase variation of ferroelectric Li2Sr1-xCax(Nb1-xTax)2O7 by selective reinforcement in the (Nb,Ta)-O covalent bonds2022

    • Author(s)
      Nakano Akitoshi、Shirakuni Hirokazu、Nagai Takayuki、Mochizuki Yasuhide、Oba Fumiyasu、Yokota Hiroko、Kawaguchi Shogo、Terasaki Ichiro、Taniguchi Hiroki
    • Journal Title

      Physical Review Materials

      Volume: 6 Issue: 4 Pages: 044412-044412

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.6.044412

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Correlation between thermopower and carrier mobility in the thermoelectric semimetal Ta2PdSe62022

    • Author(s)
      Nakano Akitoshi、Maruoka Urara、Terasaki Ichiro
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 121 Issue: 15 Pages: 153903-153903

    • DOI

      10.1063/5.0102434

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] High-Pressure Thermopower of the Mott Insulator Ca2RuO42022

    • Author(s)
      Isuzu Sano, Tomohito Nakano, Akitoshi Nakano, Hiroki Taniguchi, Fumihiko Nakamura, Ichiro Terasaki
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 91 Issue: 3

    • DOI

      10.7566/jpsj.91.033703

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Giant Peltier conductivity in an uncompensated semimetal Ta<sub>2</sub>PdSe<sub>6</sub>2021

    • Author(s)
      Nakano Akitoshi、Yamakage Ai、Maruoka Urara、Taniguchi Hiroki、Yasui Yukio、Terasaki Ichiro
    • Journal Title

      Journal of Physics: Energy

      Volume: 3 Issue: 4 Pages: 044004-044004

    • DOI

      10.1088/2515-7655/ac2357

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Room Temperature Thermoelectric Properties of Isostructural Selenides Ta2PdS6 and Ta2PdSe62021

    • Author(s)
      Nakano Akitoshi、Maruoka Urara、Kato Fumiaki、Taniguchi Hiroki、Terasaki Ichiro
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 90 Issue: 3 Pages: 033702-033702

    • DOI

      10.7566/jpsj.90.033702

    • NAID

      210000158830

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 新奇熱電半金属Ta2PdSe6の低温における異常熱伝導率の起源2023

    • Author(s)
      加藤史章、丸岡うらら、中埜彰俊、寺崎一郎
    • Organizer
      日本物理学会2023年春季大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 新奇熱電半金属Ta2PdSe6における異方的電気抵抗率の元素置換効果2023

    • Author(s)
      明石隼太朗、丸岡うらら、中埜彰俊、寺崎一郎
    • Organizer
      日本物理学会2023年春季大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 77SeNMRによる熱電半金属Ta2PdSe6の研究2023

    • Author(s)
      八木敦也、小林義明、寺崎一郎、中埜彰俊、清水康弘、松下琢
    • Organizer
      日本物理学会2023年春季大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Ta核NQRによる励起子絶縁体候補物質Ta2NiSe5の圧力誘起金属相の電子状態の研究2023

    • Author(s)
      劉子揚、清水康弘、松下琢、伊藤正行、丸岡うらら、中埜彰俊、寺崎一郎、小林義明
    • Organizer
      日本物理学会2023年春季大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] チタン石型酸化物CaTi(Si1-xGex)O5の分極特性2023

    • Author(s)
      渡邉匠海、桑野太郎、中埜彰俊、横田紘子、佐藤幸生、出口和彦、谷口博基
    • Organizer
      日本物理学会2023年春季大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] チタン石型酸化物CaTi(Si1-xGex)O5の放射光X線単結晶構造解析2023

    • Author(s)
      中埜彰俊、佐藤大貴、寺崎一郎、谷口博基
    • Organizer
      日本物理学会2023年春季大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Carrier dynamics in the photoinduced insulator-metal transition in Ta2NiSe5 investigated by optical-pump terahertz-probe spectroscopy2023

    • Author(s)
      Yang Han, Yoshito Murata, Tatsuya MiYamoto, Naoki Takamura, Noriaki Kida, Akitoshi Nakano, Hiroshi Sawa, Hiroshi Okamoto
    • Organizer
      日本物理学会2023年春季大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 励起子絶縁体候補物質Ta2NiSe5の圧力下電子状態-Ta NQR -2022

    • Author(s)
      劉子揚、清水康弘、松下琢、伊藤正行、丸岡うらら、中埜彰俊、寺崎一郎、小林義明
    • Organizer
      日本物理学会第77回年次大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 蛍光X線ホログラフィーを用いた高誘電体(Nb+In)co-doped TiO2の3次元構造解析2022

    • Author(s)
      村田洋人、橋本友次郎、柿本祥太、南いらや、木村耕治、谷口博基、中埜彰俊、田尻寛男、Van An Dinh、森川良忠、林好一
    • Organizer
      日本物理学会第77回年次大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Giant Peltier conductivity in an uncompensated semimetal Ta2PdSe62022

    • Author(s)
      A. Nakano, A. Yamakage, U. Maruoka, Y. Yasui, and I. Terasaki
    • Organizer
      29th International Conference on LOW TEMPERATURE PHYSICS
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 遷移金属硫化物Ta2PdS6の熱電物性2022

    • Author(s)
      中埜彰俊、丸岡うらら、山影相、寺崎一郎
    • Organizer
      TSJ2022 第19回日本熱電学会学術講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ギャップレス半導体PbPdO2の元素置換効果2022

    • Author(s)
      荻山岳也、中埜彰俊、寺崎一郎
    • Organizer
      日本物理学会 2022年秋季大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 新奇熱電半金属Ta2PdSe6の低温熱伝導率2022

    • Author(s)
      加藤史章、丸岡うらら、中埜彰俊、寺崎一郎
    • Organizer
      日本物理学会 2022年秋季大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 新奇熱電半金属Ta2PdSe6の異方的電気輸送特性2022

    • Author(s)
      明石隼太朗、丸岡うらら、中埜彰俊、寺崎一郎
    • Organizer
      日本物理学会 2022年秋季大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 新奇熱電半金属Ta2PdSe6のNb置換効果2022

    • Author(s)
      中埜彰俊、丸岡うらら、寺崎一郎
    • Organizer
      日本物理学会 2022年秋季大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 角度分解光電子分光による遷移金属カルコゲナイドTa2Pd(Se1-xSx)6の電子状態観測2022

    • Author(s)
      大槻太毅、石田達拡、北村未歩、有田将司、中埜彰俊、丸岡うらら、寺崎一郎、吉田鉄平
    • Organizer
      日本物理学会 2022年秋季大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 励起子絶縁体Ta2NiSe5におけるテラヘルツ電場誘起金属化の過渡反射スペクトルによる解析2022

    • Author(s)
      高村直幹、斎藤真幸、宮本辰也、貴田徳明、中埜彰俊、澤博、岡本博
    • Organizer
      日本物理学会 2022年秋季大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 励起子絶縁体候補物質Ta2NiSe5の圧力誘起金属相の研究-Ta NQR-2022

    • Author(s)
      劉子揚、清水康弘、松下琢、伊藤正行、丸岡うらら、中埜彰俊、寺崎一郎、小林義明
    • Organizer
      日本物理学会 2022年秋季大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 層状遷移金属カルコゲナイドTa2PdSe6の巨大電力因子2021

    • Author(s)
      中埜彰俊、丸岡うらら、谷口博基、寺崎一郎
    • Organizer
      日本物理学会第76回年次大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 新規熱電半金属Ta2PdSe6のS置換効果2021

    • Author(s)
      丸岡うらら、中埜彰俊、谷口博基、寺崎一郎
    • Organizer
      日本物理学会第76回年次大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 半金属Ta2PdSe6における巨大ペルチェ伝導度2021

    • Author(s)
      中埜彰俊、山影相、丸岡うらら、安井幸夫、寺崎一郎
    • Organizer
      TSJ2021 第18回日本熱電学会学術講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 新規熱電半金属Ta2PdSe6の放射光X線結晶構造解析2021

    • Author(s)
      中埜彰俊、丸岡うらら、山影相、寺崎一郎
    • Organizer
      日本物理学会2021年秋季大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 層状遷移金属カルコゲナイドTa2PdSe6の角度分解光電子分光2021

    • Author(s)
      大槻太毅、石田達拡、三田将隆、伊藤和輝、宇陀慎太郎、北村未歩、中埜彰俊、丸岡うらら、寺崎一郎、吉田鉄平
    • Organizer
      日本物理学会2021年秋季大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 遷移金属硫化物Ta2PdS6の熱電物性2021

    • Author(s)
      丸岡うらら、中埜彰俊、山影相、安井幸夫、寺崎一郎
    • Organizer
      日本物理学会2021年秋季大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Giant Peltier Conductivity in an uncomensated semimetal Ta2PdSe62021

    • Author(s)
      A. Nakano, A. Yamakage, U. Maruoka, Y. Yasui, and I. Terasaki
    • Organizer
      OSS2021
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2024-01-30  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi