2011 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 / 温度勾配 / 二次元電子系 / 金属半導体接合界面 |
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| Research Abstract |
本年度の二つの研究課題として、1.量子ホール状態での磁場中かつ温度勾配化における二次元電子系の輸送現象を実験および計算機シミュレーションによる解明を目指した。昨年度までに、試料を部分系に分け、各部分で輸送方程式を数値計算するというシミュレーションコードの開発を行ってきた。その計算コードを修正・改良を加え、実際の実験を想定した磁場の値や温度勾配などをいろいろ変えたシミュレーションを行った。特に、磁場中で長方形状の半導体両端に電位差を加えた場合、試料中に電流及び熱流が流れ、Ettingshausen効果が起こり、両端の熱浴よりも試料中の内部で温度が低くなる冷却現象が確認された。このシミュレーション結果は、現実のゴ次元半導体試料を用いた実験で起きるネルンスト電圧測定時の出力の理論からのずれが、上記半導体試料中の温度勾配によるものであるという推測の裏付けとなるものである。
次に二つ目の課題である2.ナノワイヤー構造をもつ熱電半導体の量子輸送現象について、実験および理論での進展があった。実験においては、まずビスマスのナノワイヤーにおいて試料作成・測定系の開発を完成し、ワイヤーの長手方向の電気特性のみならず、ワイヤーの垂直方向に磁場をかけた場合のホール電圧もしくはネルンスト電圧の測定が可能になった。さらに、ワイヤーの直径を変えた試料を作成し、ナノワイヤーの磁場中での輸送係数の直径依存性を計測できるようになった。特に本研究で作成したワイヤーは他のグループで作成されたより長手方向が十分長いことが特徴である。そのため両端の温度勾配依存性が正確に測定できるものと評価されている。一方、理論においては、かつて行った磁場中での三次元ビスマスバルクのフォノンドラッグ効果の計算を、ナノワイヤー系に適応すべく改良を行った。これにより、ナノワイヤーでのフォノンドラッグを取り入れた理論計算の基盤を確立できた。
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