量子熱電効果の非平衡物理と熱駆動ナノデバイスの開拓

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20340101
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 数理物理・物性基礎
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 中村 浩章 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (30311210)
• 研究分担者: 羽田野 直道 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70251402) ; 米満 賢治 分子科学研究所, 理論・計算分子科学研究領域, 准教授 (60270823) ; 遠藤 彰 東京大学, 物性研究所, 助教 (20260515) ; 長谷川 靖洋 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (60334158) ; 白崎 良演 横浜国立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90251751) ; 藤井 達也 東京大学, 物性研究所, 助教 (30334345)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2011
• キーワード: 熱電効果 / ネルンスト効果 / フォノンドラッグ / 温度勾配 / 二次元電子系 / ナノワイヤ / 量子輸送現象

研究概要

磁場中での量子熱電現象を解明すべく、理論および実験を行った。(1) Biに関して、フォノンドラックを考慮したネルンスト係数の導出、(2)金属-半導体接合面での整流効果の予言、(3) GaAs/AlGaAsの磁場中電子温度勾配下のネルンスト電圧の測定、(4)試料中での温度分布・電位分布を正確に求める輸送方程式の計算機シミュレーション法確立、(5) Biナノワイヤのホール電圧・ネルンスト電圧の測定の研究成果があった。

研究成果

• [雑誌論文] Transport-Coefficient Dependence of Current-Induced Cooling Effect in a Two-Dimensional Electron Gas (2012)
  • 著者名/発表者名: Naomi Hirayama, Akira Endo, Kazuhiro Fujita, Yasuhiro Hasegawa, Naomichi Hatano, Hiroaki Nakamura, Ry. en Shirasaki, Kenji Yonemitsu
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials 巻: vol.41 ページ: 1535-1539
  • DOI: DOI:10.1007/s11664-011-1850-3
• [雑誌論文] Thermomagnetic Effect in the Quantum Hall System (2012)
  • 著者名/発表者名: Ry. en Shirasaki, Akira Endo, Naomichi Hatano and Hiroaki Nakamura
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials 巻: vol.41 ページ: 1540-1545
  • DOI: DOI:10.1007/s11664-011-1880-x
• [雑誌論文] Temperature Distribution in Two-Dimensional Electron Gases under a Strong Magnetic Field (2011)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Teramoto, Takashi Komine, Shinji Naomi Hirayama, Akira Endo, Kazuhiro Fujita, Yasuhiro Hasegawa, Naomichi Hatano, Hiroaki Nakamura, Ry. en Shirasaki, Kenji Yonemitsu
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials 巻: vol.40 ページ: 529-532
  • DOI: DOI:10.1007/s11664-010-1470-3
• [雑誌論文] Temperature Distribution in Nano-Devices under a Strong Magnetic Field (2011)
  • 著者名/発表者名: Naomi Hirayama, Akira Endo, Kazuhiro Fujita, Yasuhiro Hasegawa, Naomichi Hatano, Hiroaki Nakamura, Ry. en Shirasaki
  • 雑誌名: Computer Physics Communications 巻: vol.182 ページ: 90-92
  • DOI: DOI:10.1016/j.cpc.2010.07.043
• [雑誌論文] Quantum Oscillations of Thermoelectric Effects in a Pseudo-one-dimensional Electron Gas with a Spin-Orbit Interaction (2011)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Nakamura, Naomichi Hatano, Ry. en Shirasaki, Naomi Hirayama, Kenji Yonemitsu
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials 巻: vol.40 ページ: 601-605
  • DOI: DOI:10.1007/s11664-010-1470-3
• [雑誌論文] Measurement of diffusion thermopower in the quantum Hall systems (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Fujita, A. Endo, S. Katsumoto and Y. Iye
  • 雑誌名: Physica E 巻: vol.42 ページ: 1030-1033
  • DOI: DOI:10.1016/j.physe.2009.10.032.
• [雑誌論文] High-precision temperature control and stabilization using a cryocooler (2010)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Hasegawa, Daiki Nakamura, Masayuki Murata, Hiroya Yamamoto, Takashi Komine
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: Vol.81 ページ: 094901
  • DOI: DOI:10.1063/1.3484192
• [雑誌論文] Electrical nanocontact between bismuth nanowire edges and electrodes (2010)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Murata, Daiki Nakamura and Yasuhiro Hasegawa, Takashi Komine, Daisuke Uematsu, Shinichiro Nakamura and Takashi Taguchi
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials 巻: Vol.39 ページ: 1536-1542
  • DOI: DOI:10.1007/s11664-010-1282-5
• [雑誌論文] Comparison of Hydrogen Adsorption on Diamond and Graphite Surfaces (2010)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki NAKAMURA, A. M. ITO, Seiki SAITO, Yuichi TAMURA, Susumu FUJIWARA, Noriyasu OHNO, Shin KAJITA
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: Vol.5 ページ: S2072(4)
  • DOI: DOI:10.1585/pfr.5.S2072
• [雑誌論文] Fundamental relation between longitudinal and transverse conductivities in the quantum Hall system (2009)
  • 著者名/発表者名: Akira Endo, Naomichi Hatano, Hiroaki Nakamura, and Ry. en Shirasaki
  • 雑誌名: Journal of Physics : Condensed Matter 巻: Vol.21, No.34 ページ: 2794-2979
  • DOI: DOI:10.1109/TPS.2010.2060363
• [雑誌論文] Quantum Nernst Effect in a Bismuth Single Crystal (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Matsuo, A. Endo, N. Hatano, H. Nakamura, R. Shirasaki and K. Sugihara
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: Vol.80 ページ: 075313(6)
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.80.075313
• [雑誌論文] Reducing thermal conductivity of thermoelectric materials by using a narrow wire geometry (2009)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Hasegawa, Masayuki Murata and Daiki Nakamura, Takashi, Komine
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: Vol.106 ページ: 063703, 1-7
  • DOI: DOI:10.1063/1.3212982
• [雑誌論文] Mean free path limitation of thermoelectric properties on bismuth nano-wire (2009)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Murata, Daiki Nakamura, Yasuhiro Hasegawa, Takashi Komine, Takashi Taguchi and Shinichiro Nakamura, Vladimir Jovovic and Joseph P. Heremans
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: Vol.105 ページ: 113706, 1-9
  • DOI: DOI:10.1063/1.3131842
• [雑誌論文] Thermoelectric properties of bismuth nanowires in a quartz template (2009)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Murata, Daiki Nakamura, Yasuhiro Hasegawa, Takashi Komine, Takashi Taguchi and Shinichiro Nakamura, Vladimir Jovovic and Joseph P. Heremans
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: Vol.94 ページ: 192104
  • DOI: DOI:10.1063/1.3133355
• [雑誌論文] Coupling-Dependent Rates of Energy Transfers from Photoexcited Mott Insulators to Lattice Vibrations (2009)
  • 著者名/発表者名: Kenji Yonemitsu and N. Maeshima
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 79 ページ: 125118(6)
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.79.125118
• [雑誌論文] Nonequilibrium Green's-Function Approach to the Suppression of Rectification at Metal-Mott-Insulator Interfaces (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Yonemitsu
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 78 ページ: 054700
  • DOI: DOI:10.1143/JPSJ.78.054705
• [雑誌論文] Influence of the band structure of BiSb alloy on the magneto-Seebeck coefficient (2008)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, Masahiro Kuraishi, Ryuji Sugita, Yasuhiro Hasegawa, and Hiroaki Nakamura
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: Vol.104, Issue 5 ページ: 053714(6)
  • DOI: DOI:10.1063/1.2975387
• [雑誌論文] Numerical Analysis of Magneto-Seebeck Effect of Bismuth with Anisotropic Band Structure (2008)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Teramoto, Takashi Komine, R. Sugita, Yasuhiro Hasegawa, and Hiroaki Nakamura
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: Vol.103 ページ: 043717(6)
  • DOI: DOI:10.1063/1.2840060
• [学会発表] 量子ホール系の直流電流加熱による熱起電力:充填率および電流磁場方向依存性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 藤田和博
  • 学会等名: 日本物理学会2012年第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学(兵庫)
  • 年月日: 20120300
• [学会発表] Theoretical study of thermoelectric and thermomagnetic characteristics of Bismuth nanowires under a quantizing magnetic field (2011)
  • 著者名/発表者名: Naomi Hirayama
  • 学会等名: International Workshop on Simulation and Manipulation of Quantum Systems for Information Processing
  • 発表場所: Julich, Germany
  • 年月日: 20111000
• [学会発表] Theoretical study of thermoelectric and thermomagnetic characteristicsof Bismuth nanowires under a quantizing magnetic field (2011)
  • 著者名/発表者名: N. Hirayama
  • 学会等名: NATO Advanced Research Workshop on New materials for thermoelectric applications : theory and experiment
  • 発表場所: Hvar, Croatia
  • 年月日: 20110900
• [学会発表] Spatial distribution of electron temperatures induced by a current in the quantum Hall regime (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Fujita
  • 学会等名: 19th Int. Conf. on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems(EP2DS19)
  • 発表場所: Tallahassee FL. USA
  • 年月日: 20110700
• [学会発表] Quantum oscillation of the Peltier effect in a pseudo-one-dimensional system with a spin-orbit interaction (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Nakamura
  • 学会等名: The 29th International Conference on Thermoelectrics(ICT2010)
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 20110600
• [学会発表] 量子ホール系における電流加熱時電子温度の空間分布と発生する熱起電力 (2011)
  • 著者名/発表者名: 藤田和博
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学(富山)
  • 年月日: 2011-09-23
• [学会発表] ビスマスナノワイヤーの量子化磁場下での熱電特性の理論計算 (2011)
  • 著者名/発表者名: 平山尚美
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学(富山)
  • 年月日: 2011-09-23
• [学会発表] Thermomagnetic effect in the quantum Hall system (2011)
  • 著者名/発表者名: Ry. en Shirasaki
  • 学会等名: 30th International Conference on Thermoelectrics(ICT 2011)
  • 発表場所: Traverse City, MI, USA
  • 年月日: 2011-07-18
• [学会発表] Transport-coefficient dependence of current-induced cooling effect in a two-dimensional electron gas (2011)
  • 著者名/発表者名: Naomi Hirayama
  • 学会等名: 30th International Conference on Thermoelectrics(ICT 2011)
  • 発表場所: Traverse City, MI, USA
  • 年月日: 2011-07-18
• [学会発表] Measurement of thermoelectric power in unidirectional lateral superlattices (2010)
  • 著者名/発表者名: A. Endo
  • 学会等名: 30-th Int. Conf. on the Physics of Semiconductors
  • 発表場所: COEX, Seoul, Korea
  • 年月日: 20100700
• [学会発表] 量子ホール系の熱電能:対角成分と非対角成分の関係 (2010)
  • 著者名/発表者名: 白崎良演
  • 学会等名: 日本物理学会第65回年次大会
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 20100300
• [学会発表] Experimental verification of the Mott relation in the thermoelectric effect of the quantum Hall systems (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Fujita
  • 学会等名: 30-th Int. Conf. on the Physics of Semiconductors
  • 発表場所: COEX, Seoul, Korea
  • 年月日: 2010-07-29
• [学会発表] Temperature distribution in nano-devices under a strong magnetic field (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Hirayama
  • 学会等名: International Conference on Computational Physics 2009(CCP2009)
  • 発表場所: 高雄(台湾)
  • 年月日: 20091200
• [学会発表] 量子ホール領域における拡散熱電能の充填率依存性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 藤田和博
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本大学
  • 年月日: 20090900
• [学会発表] Quantum Nernst effect in a bismuth single crystal (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Matsuo
  • 学会等名: 第27回東北大学金属材料研究所所内講演会
  • 年月日: 20090500
• [学会発表] Quantum Nernst effect in a bismuth single crystal (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Matsuo
  • 学会等名: Workshop on Spin Caloritronics
  • 発表場所: Lorentz International Center, Netherland
  • 年月日: 20090200
• [学会発表] Measurement of diffusion thermopower in the quantum Hall systems (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Fujita
  • 学会等名: The 18th international conference on electronic properties of two-dimensional systems
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2009-07-23
• [学会発表] 量子ホール系における拡散熱電能の測定 (2008)
  • 著者名/発表者名: 藤田和博
  • 学会等名: 日本物理学会2008秋季大会、岩手大学
  • 発表場所: 岩手大学
  • 年月日: 20080900
• [学会発表] ビスマスにおける量子ネルンスト効果 (2008)
  • 著者名/発表者名: 松尾まり
  • 学会等名: 日本物理学会2008年秋季大会岩手大学
  • 発表場所: 盛岡
  • 年月日: 20080900
• [学会発表] Photoinduced Charge Order and Melting Dynamics in 1/4-Filled Organic Conductors (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Yonemitsu
  • 学会等名: Gordon Research Conference on Ultrafast Phenomena in Cooperative Systems
  • 発表場所: II Ciocco(Italy)
  • 年月日: 20080200