2021 Fiscal Year Research-status Report
Thermoelectric and thermomagnetic effect due to thermal phonon current: Clarification of beyond Boltzmann
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20K03802
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
松浦 弘泰 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (40596607)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高橋 英史 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (50748473)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 熱電効果 / 極性 / マグノンドラッグ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、本研究実施計画と相補的な研究内容の理論 1)鉄ホイスラー薄膜における巨大熱電効果の解明、2)ノーダルライン半金属における表面状態由来の巨大熱電効果の理論 についての成果を得ることができた（松浦）。さらに、実験的には、3)極性金属の合成と極性－非極性相転移に伴う熱電効果と新奇現象の開拓も試みた (高橋)。以下、項目1)から項目3)について具体的に述べる:
1)鉄ホイスラー合金薄膜において、ZTが5程度の巨大な熱電効果を示すことが実験的に報告されていた。そこで、本研究計画で用いているフォノンドラッグの理論をマグノンドラッグ効果に応用することで、鉄ホイスラー薄膜の実験で示されている巨大な熱電効果を理解できることを明らかにした。
2)ノーダルライン半金属と呼ばれる物質群は、そのトポロジカルな性質として特異な表面状態を形成する。本研究では、その表面状態の分散が平坦であること（ドラムヘッド型）を利用し、巨大な熱電効果を示すことを明らかにした。
3)極性構造－非極性構造の構造不安定性を持つ、3元系化合物の合成に成功した。さらにこの材料において、２K付近で超伝導転移を示すことを明らかにした。また、極性構造に由来した、ラッシュバ型のスピン分裂が予想され、それに起因した異方的な臨界磁場が観測された。さらに、極性金属MoTe2における動的ピエゾ効果の観測を試みた。その結果、MoTe2では有限な逆ピエゾ効果を観測し、金属においても誘電性が現れることを明らかにしている。これらの結果は金属材料において極性構造が重要な役割を担っていることを示唆している。特に極性フォノンが超伝導や誘電性に何らかの影響を及ぼしている可能性がある。
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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
研究実績の概要で述べたように、本年度は、特に、1)鉄ホイスラー薄膜における巨大熱電効果の解明、2)ノーダルライン半金属における表面状態由来の巨大熱電効果の理論、3)極性金属の合成と極性－非極性相転移に伴う熱電効果と新奇現象の開拓を行った。
項目１）と項目２）は、研究実施計画とは相補的な研究内容であるが、本研究計画で注目している「ドラッグ効果」や「半金属の熱電」についてより深く理解することができた。さらに、ドラッグ現象に由来した（異常）ネルンスト効果等、当初予定していたものより多くの熱電現象へと展開できる道筋を作ることができた。
また、項目３）では、極性構造を有する金属材料の合成とその新機能の創成を目指し研究を行っている。そして、これまでに極性－非極性の構造不安定性を持つ新材料（3元系化合物）の単結晶合成に成功した。さらにこの物質の第一原理計算により、バンド反転を持つトポロジカルなバンド半金属であることが示唆された。また電気抵抗や磁化の測定から超伝導転移を示すことを明らかにした。そのほかにもMoTe2のような遷移金属カルコゲナイド化合物において動的ピエゾ効果の観測に初めて成功している。
以上から「おおむね順調に進展している」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究成果から、ドラッグ効果における熱電効果について広く統一的に理解できる段階になってきた。研究実施計画では、フォノンドラッグによるゼーベック効果・ネルンスト効果のみを予定していたが、フォノンドラッグだけでなくマグノンドラッグにおけるゼーベック効果・（異常）ネルンスト効果も展開し、素励起（フォノンやマグノン）に由来した熱電効果を統一的に議論する。
実験的には、これまで、極性－非極性の構造不安定性を持つ新規材料の単結晶合成に成功し、低温２Kで超伝導転移を示すことを明らかにした。そこで、この超伝導転移温度の向上を目指し、化学置換を試みる。さらに極性フォノンによる特異な物性を調べるため、熱電効果等の輸送現象の測定を行う。そのほかにも、MoTe2における動的ピエゾ効果の観測に成功しており、定量性を含めたより詳細な研究を行う。
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| Causes of Carryover |
以下の理由から次年度使用額が生じた：１）新型コロナウイルス感染症の影響で当初予定していた旅費が不要になったため。２）3月末（年度末）の物理学会が現地開催の予定でありその予算を確保していたが、急遽全面オンライン開催に変更されたため。３）国際的な状況によりヘリウム供給が不足し、想定していた実験を縮小し実施する必要があったため。
今年度はコロナによる行動規制が緩和されつつあるので、当初の予定通り旅費等で利用する予定である。
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| Remarks |
本研究計画参画者を中心に熱電研究や磁性研究等に関する物性物理の若手研究会を発足し、定期的に研究発表や情報交換を行っている。
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Research Products
(15 results)
