| 研究課題/領域番号 |
17KK0088
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| 研究機関 | 学習院大学 |
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研究代表者 |
町田 洋 学習院大学, 理学部, 准教授 (40514740)
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| 研究期間 (年度) |
2018 – 2020
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| キーワード | 黒リン / フォノン流体 / 熱電効果 |
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| 研究実績の概要 |
2次元層状構造をもつナローギャップ半導体である黒リンでは、低温の限られた温度域においてフォノン同士が衝突する際に運動量が保存されるために、フォノンは流体のように熱を輸送する。このようなフォノンの流体的な熱輸送が実現すると、フォノンの熱伝導率は飛躍的に向上することが知られおり、黒リンにおいても観測されている。熱伝導率の向上をもたらすフォノン流体はフォノンドラッグ効果を通じて熱電効果にも影響を及ぼすと期待されるが、この点に着目した研究は過去にはなくフォノン流体と熱電効果の関係は明らかではない。特に流体力学的フォノンの熱輸送と特徴である熱伝導率の試料サイズ依存性が、ゼーベック係数にどのような影響を与えるか調べることは興味深いテーマである。
令和1年度は、フォノン流体とゼーベック効果との関りを明らかにすることを目的として、黒リンのゼーベック係数測定を行った。また黒リンは1GPa程度の比較的低い圧力で絶縁体から金属へと転移する特徴に着目し、加圧によって金属－絶縁体転移を引き起こした際のゼーベック係数の変化を捉えるため、圧力下におけるゼーベック係数測定を実行した。その結果、常圧下では数百マイクロボルト/ケルビンと比較的大きなゼーベック係数が加圧と共に急激に抑制され、金属-絶縁体転移に伴いその符号が反転することを見出した。また転移圧力より高圧側の金属領域では、加圧とともに、金属特有の低温極限のゼーベック係数の温度に対する線形項が急速に抑制される様子を捉えた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
黒リンの圧力下におけるゼーベック係数測定を実行し、転移圧力へ向かってのゼーベック係数の絶対値の急激な抑制や転移に伴う符号変化など、金属－絶縁体転移前後でのゼーベック係数の変化を明らかにすることができた。これにより外部圧力によるキャリアー数の変化や金属－絶縁体転移に伴う電子状態の変化がゼーベック係数に与える影響を明らかにすることができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
黒リンのゼーベック係数に含まれる電子の拡散による寄与とフォノンドラッグによる寄与を評価し、フォノン流体のフォノンドラッグ効果を通じたゼーベック係数への影響を明らかにする。また金属－絶縁体転移近傍のゼーベック係数をより詳細に測定し、臨界圧力下において非常に幅の狭いバンドに閉じ込められた電子間にはたらくクーロン相互作用がゼーベック係数に及ぼす影響を明らかにしていく。
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