| 研究課題/領域番号 |
20K22479
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| 研究種目 |
研究活動スタート支援
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
0402:ナノマイクロ科学、応用物理物性、応用物理工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
見波 将 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任助教 (10876840)
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| 研究期間 (年度) |
2020-09-11 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 熱電変換材料 / 異常ネルンスト効果 / 異常ホール効果 / 第一原理計算 / 熱電効果 / 磁性材料 / トポロジカル磁性体 / 熱電変換 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
磁性体において発現する熱電効果に異常ネルンスト効果がある。 異常ネルンスト効果は従来のゼーベック効果と比較し効率的な熱電発電モジュールが実現可能であることが報告されている。 その起源は熱誘起による異常ホール効果であり電子波動関数のトポロジー(ベリー曲率)により特徴付けられる。 本研究では異常ネルンスト効果を活用した熱電発電デバイスの実現に向け、広い温度領域で動作可能且つ高効率な磁性熱電材料の探索を密度汎関数理論に基づく第一原理計算により行う。 また、電子状態のトポロジーの観点から巨大な異常ネルンスト効果を発現するための普遍的な特徴量を明らかにすることで、物質設計の指針を導く。
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| 研究成果の概要 |
本研究課題では、巨大な異常ネルンスト効果を発現する磁性体の探索とその発現機構を解明することを目指した。従来、スピン軌道相互作用を考慮した際に生じるワイル点に注目した研究が多くなされてきた。本研究ではスピン軌道相互作用を導入する前のノーダルラインのもつエネルギー分散に着目し、その停留点近傍でBerry曲率が発散し異常ネルンスト効果が増大することを明らかにした。
また、強磁性ハーフホイスラー合金CoMnSbにおけるワイル点に由来する対数的な異常ネルンスト効果の温度依存性及び、カゴメ格子強磁性体Fe3Snにおける巨大な異常ネルンスト効果を報告した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
排熱などの有効利用を目指すエネルギーハーベスティング技術の基礎原理の一つとして熱電効果が知られている。本研究で焦点を当てている異常ネルンスト効果は磁性体において発現し、その起源は電子波動関数の位相に由来している。異常ネルンスト効果は電位差が温度勾配に対して垂直に生じる特徴を有しており、工学応用において様々な利点があることが報告されているが、より大きな応答を示す磁性熱電材料が求められている。本研究の成果として、異常ネルンスト効果を増大させるためのメカニズムとして逆格子空間上で定義されるノーダルラインの停留点近傍の状態密度が重要であり、今後の物質設計の指針の一つとなりうることを明らかにした。
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