2021 Fiscal Year Annual Research Report
ナノ加工を用いた1次元量子ナノワイヤー熱電変換素子の巨大ゼーベック効果機構解明
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18H01698
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
長谷川 靖洋 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (60334158)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
遠藤 彰 東京大学, 物性研究所, 助教 (20260515)
村田 正行 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (80717695)
小峰 啓史 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 准教授 (90361287)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ナノワイヤー熱電変換素子 / 熱電変換 / ナノ加工 / 物性測定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
石英ガラスに封入された単結晶Biナノワイヤー熱電変換素子の物性測定を行うために、集束イオンビームを用いたナノ加工を用いた局所電極形成による4端子測定を行ってきた。これまでに抵抗率，磁気抵抗，ホール係数測定など、等温条件下での物性測定を実施してきたが、ゼーベック係数やネルンスト係数などの温度勾配が存在する場での物性測定は困難であった。この問題を克服するために、ナノワイヤー素子の設置方法を検討し直し、数mmを有する石英ガラスの長さ方向に温度差を与え、長さ方向にゼーベック係数測定が可能であるかの検証を行った。
本実験検討を行うため、量子効果の導入が期待されるワイヤー直径216nmのワイヤー直径を用意し、集束イオンビームを用いたナノ加工によって、側面に６箇所，端部に４箇所，合計10箇所のナノ局所電極を取り付けることに成功した。加えて、このサンプルを物性測定装置に設置する際、アース電位などを考慮に入れた設置法を考案することで、10箇所すべての電極がうまく動作することを確認した。物性測定時にはスイッチング装置を使って測定配位を変更するが、浮遊電位の影響で電荷が蓄積し、スイッチングの際に突発的な電荷が流れることによって、ナノ電極が損傷を受けることがあった。この問題を解決するため、電荷を逃がすためのスイッチング点順をプログラム化し、良好な物性測定が可能となった。
これを受け、抵抗率，磁気抵抗，ホール係数に加えて、ゼーベック係数の測定を試みた。300Kでは、理論モデルとほぼ同様の物性値を示したが、低温領域になるとゼーベック係数がマイナス符号からプラス符号に大きく変化するなど従来とは異なる挙動を示すことが明らかになった。この結果を理解するために、キャリアの平均自由行程ならびに散乱プロセスを考慮に入れたモデルを構築し解析を進めている。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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