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これまでに、電子状態に比べフォノン状態に大きな異方性がある材料や、フォノンの平均自由行程より小さいサイズの材料で高い熱電性能が得られることが指摘されている。しかしながら、電極間に熱電材料の薄膜やワイヤーを担持して熱電性能を測定する従来の方法は、熱リークや熱電材料と電極の接触状態などに課題があると言われている。本研究では、局所的な熱起電力を測定できる走査型熱電顕微鏡をヒントに、透過型電子顕微鏡その場計測法を用いて、熱電材料のポイントコンタクトを形成し、I-V計測からそのサイズや結晶方位による熱電性能の違いを明らかにする。熱やフォノンを利用したナノスイッチング素子の開発にもつながる。
本年度中にMEMS機構を利用した透過型電子顕微鏡その場計測試料ホルダーの開発に集中した。ホルダーの働き原理としては、集束イオンビーム顕微鏡（FIB）を利用してバルクのn 型(Bi，Sb)2Te3材料を100nm以下の薄い膜に加工し、リソグラフィで作製したヒーター付きシリコンチップに固定する。薄膜試料の一端はチップにパータンニングした電極に繋ぎ、も片端はマンガニン短針で接触しながら電気回路を作る。短針はピエゾに駆動され、試料への接触位置を三次元的に制御できる。ポイントコンタクトを形成できるよう、接触面積をなるべく小さくすることを望ましい。再びFIB技術を使って直径0.1mmのマンガニン細線を針状に加工した。針先端のサイズは数十nmがある。このシステムを利用して、試料が異なる温度差でのI-V関係を計測でき、サイズや結晶方位による熱電性能の違いを原子レベルで調べることが可能となる。熱電特性などが明らかになれば、熱やフォノンを利用したナノスイッチング素子の開発など新しい研究分野へ展開することを期待できる。
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