| Project/Area Number |
23K13552
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
大川 顕次郎 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (80805119)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
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| Keywords | 熱解析 / 熱伝導 / 精密計測 / 熱電効果 / 非線形輸送 / 非相反輸送 / ラシュバ物質 |
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| Outline of Research at the Start |
空間反転対称性の破れた物質や構造体では、対称性の破れを反映した高次の応答が期待される。代表的な系として半導体p-n接合で実現されるダイオードがあり、この整流性は非相反性と呼ばれる。近年では超伝導における非相反応答が観測され、超低消費電力のメモリなどへの応用が期待されている。そこで、電気伝導と相補的な情報を与える熱電応答において非相反応答を制御することができれば、物理現象の理解の深化に加え、高度な熱的整流効果が実現可能となる。本研究では申請者のこれまでの新物質開発と精密熱-電気計測技術研究を発展させ、巨大応答が期待されるラシュバ物質群を舞台として非相反熱電応答の検出を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではバルク単結晶を用いた微小非線形熱電効果の計測を行う。当該年度は、極限環境下測定を行う超伝導マグネット付希釈冷凍機（100 mK以下、12 T）に実装する専用のチップキャリアおよびコールドフィンガーを設計、試作した。小型チップ上での精密温度計測のための自己校正用チップ抵抗器、低温用低抵抗配線の選定を行なった。そのチップキャリア上の熱分布シミュレーションを行うため、有限要素法による熱解析を行なった。印加電流、熱流に対する試料の交流および直流応答の差を解析し、熱起電力の周波数依存性、配線熱伝導、熱放射などによる熱損失を定量的に明らかにした。Bi-Te系熱電材料を用いた室温での実証実験を行い、解析結果と良く一致することを示した。交流および直流応答から直接バルク材料の熱電性能を評価した成果を論文にまとめ、Q1ジャーナルへ掲載された。この知見をもとに低温、磁場下での熱分布、磁気熱電効果の解析へと進めている。物質開発については、貴金属を含む各原料を導入したが、電気炉温度制御装置の納品が当初予定から長期化したことで、既存炉を用いたBi系単結晶の開発を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
計測技術の高度化が求められている熱電計測において、交流および直流応答から正確な熱電性能評価を行うための解析手法、知見を得た。特に端子配置により20%以上の熱起電力の過大および過小評価が起こりうることから、低周波計測の際の熱-電気輸送評価に顕著な影響を与える。より知見が少ない磁気熱電効果（エッチングスハウゼン効果、ネルンスト効果）計測においても解析の展開を行う。当初計画からの納期長期化により回転機構などの導入を見送ったが、チップキャリアやコールドフィンガーなど低温熱電計測のハードウェア面の整備が完了したため、希釈冷凍機実装を行い、既存試料を用いた評価を進める予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
電気炉温度制御装置が納品され次第、ゾーン制御による改良横型ブリッジマン法および気相輸送法による純良単結晶成長環境を構築し、多種の物質開発を行う。冷凍機を用いたゼーベックおよびネルンスト起電力の交流応答評価を進める。目標とするnVオーダーでの線形および非線形応答の検出技術の開発を目指す。
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