| 研究課題/領域番号 |
21K04859
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分29010:応用物性関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
伊藤 啓太 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (70791763)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 窒化物 / 異常ネルンスト効果 / 強磁性窒化物 / スピントロニクス / 熱電変換材料 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
近年、新たな環境発電技術として金属強磁性体材料における異常ネルンスト効果(ANE)を利用した熱電変換が注目されている。ANEを用いた磁気熱電変換素子では、簡便な単層の金属強磁性体薄膜のみで発電が可能であり、大面積、低価格、熱勾配と直交方向への電圧出力等の利点がある。しかし、現状では半導体材料におけるゼーベック効果を利用した熱電変換に対して、熱電能が大幅に及ばない点が課題となっている。したがって、発電出力の向上には、大きな熱電能を示す新奇強磁性体材料の開発が必須の状況である。本研究課題では強磁性金属窒化物をベースとした、大きなANEを示す新しい高出力磁気熱電変換材料の創製を目指す。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、強磁性窒化物のFe4Nに第三元素を添加した単結晶薄膜を作製し、フェルミ準位制御、多層構造化を通じて、異常ネルンスト効果を利用した熱電変換素子の実用化への指標である、室温で 10 μV/Kを超える異常ネルンスト係数の達成を目的とした。
分子線エピタキシー法により、Fe4-xMnxN、Fe4-yCoyN、Fe4-αRuαN、Fe4-βPtβN、[Fe4N/MgO]多層膜を作製した。結果、Pt置換およびMgOとの多層構造化による異常ネルンスト係数の増大に成功した。今後は本研究で得られた知見を活用することで、更なる異常ネルンスト係数の増大を目指す。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
近年のIoT社会の実現と発展途上国における人口爆発によるエネルギー需要の増大により、身の回りにある様々なエネルギー源から電力を取り出す新たな環境発電技術や、電子機器の消費電力を抑える省エネルギー技術の開発が求められている。異常ネルンスト効果を用いた磁気熱電変換素子は、単層の金属強磁性体薄膜のみの簡便な構造でも発電が可能であり、IoT社会における様々なセンサー用独立電源との親和性が非常に高い環境発電技術である。
本研究では、比較的大きな異常ネルンスト効果を示すFe4Nの薄膜に少量のPtを添加することや、MgO薄膜と多層構造化することで、異常ネルンスト効果が増強することを発見した。
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