2010 Fiscal Year Annual Research Report
量子熱電効果の非平衡物理と熱駆動ナノデバイスの開拓
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20340101
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
中村 浩章 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (30311210)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
羽田野 直道 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70251402)
米満 賢治 分子科学研究所, 理論・計算分子科学研究領域, 准教授 (60270823)
遠藤 彰 東京大学, 物性研究所, 助教 (20260515)
長谷川 靖洋 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (60334158)
白崎 良演 横浜国立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90251751)
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| Keywords | ネルンスト効果 / ビスマス / フォノンドラッグ / 熱電効果 / 量子輸送現象 / 二次元電子系 / 温度勾配 / 金属半導体接合界面 |
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| Research Abstract |
昨年度までの研究成果として、量子ホール状態にある半導体に、磁場を印可しかつ温度勾配を与える実験を行い、各種輸送特性を実験により測定を行った。この実験の特徴は、フォノンとキャリアーの相互作用が弱いため「フォノンドラッグ」(フォノンの伝搬によるキャリアーを引きずるような現象)がほとんど影響しないことが挙げられる。このため、キャリアーの輸送特性のみを測定できることが期待されていた。このような背景のもと本研究グループで行ったネルンスト電圧などの測定結果は、従来の熱電半導体研究で用いられるような単純な試料中の温度勾配・電位分布では説明できない振る舞いを示した。そこで、我々は、試料中での温度分布・電位分布の「歪み」を正確に求めるため、輸送方程式の計算機シミュレーションを行った。このシミュレーションのアルゴリズムは、試料をメッシュ状に切り、そのメッシュ点上での温度・電位を、輸送方程式から導かれる非線形ポアソン方程式を数値的に解くというものである。この際、実験状況に応じた境界での温度・電位を与えると、試料中の温度・電位分布が求められるようになっている。本年度は、この一連のシミュレーションコードを完成することができた。さらに、このシミュレーションコードを用いて、測定実験で肝となる加熱領域(電流を流してジュール加熱による熱源部)を模した長方形状のシミュレーション領域で、磁場中で電流を流した場合、局所的に周辺の部分より温度が下がる部分が生じることを発見することができた。この技法は、試料全体を含む領域に拡張することで、測定実験のネルンスト電圧の振る舞いを説明できることが期待できるものである。
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