2018 Fiscal Year Research-status Report
| Project/Area Number |
17K06303
|
|---|
| Research Institution | Kyushu University |
|---|
Principal Investigator |
山田 和正 九州大学, 理学研究院, 助教 (30380562)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | スピン流 / 有機 / 排熱利用 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
モバイルコンピューティングおよびユビキタス社会実現のために、温度差を利用した環境発電が期待されている。その方法としてスピンを利用したスピンゼーベック効果が発見された。しかし、熱伝導率の大きな無機材料を使用しているため、無駄に熱を伝えるため、効率が良くない。そこで、性能向上のため、有機導電性高分子をスピン伝導層として使用する有機スピン依存ゼーベック素子を提案する。有機はスピン緩和長が長く、よくスピン流を伝達するこができる。有機を使うことで、重金属などの使用を減らし、環境負荷を下げることができる。
有機スピンゼーベック素子の創成のための材料として、カーボンは、耐久性がよく安価でありスピン流伝導層に向いている。カーボン膜に成膜の条件出しを行った。カーボン膜のX線構造解析を行い、カーボン膜の結晶化がすすすんでいないことが分かった。アニールを行い、結晶化によりカーボン膜が小さくなることが分かった。有機スピンゼーベック素子のため、カーボン膜の微細加工を行った。
熱は電流に比べて制御しにくいため、各種物性値を精度良く調べるのは、容易ではない。強磁性多層膜のナノコンタクトなどの構造を利用して、より高精度に異常ネルンスト効果、及び関連現象を測定する手法を開発した。異常ネルンスト効果を効果的に検出したので、研究会にて「強磁性多層膜ナノ構造における効果的な異常ネルンスト効果の検出」を発表した。
有機スピンゼーベック素子の創成のためには、導電性ポリマーの移動度の温度依存性が重要である。詳しい解析により導電性ポリマーの移動度はポーラロン機構が支配的であることが分かった。導電性ポリマーの移動度に関する論文をこの分野で著名な国際学術雑誌に投稿し掲載された。ポーラロン機構の観点から、有機スピンゼーベック素子のためには、ポーラロンバインディングエネルギーを下げ移動度を向上させる必要があることが分かった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
昨年度立ち上げたペンタセン蒸着用の有機蒸着装置は他の用途に転用されたので、ペンタセンに代えて、有機層として用いるカーボン膜の成膜に取り組んだ。カーボン膜に作成に関する条件出しを行った。カーボン膜のX線構造解析を行い、カーボン膜の結晶化がすすすんでいないことが分かった。電気抵抗の測定を行い、カーボン膜を結晶化し電気抵抗を下げる必要があることが分かった。電気炉でアニールを行い結晶化させ、カーボン膜が小さくなることが分かった。有機スピンゼーベック素子のため、カーボン膜の微細加工を行った。高い抵抗をもつカーボン膜を有機スピンゼーベック素子として使用するためには、くし形構造などに工夫する必要があることが分かった。さらに高温でアニールする必要があることが分かった。
排熱利用、環境発電のためには、高い熱抵抗をもつ材料が必要である。高い熱抵抗を検討した結果、発泡金属が適していることが分かった。近年、発泡金属は断熱材料として開発され着目されている。本年度の高い熱抵抗をもつ発泡磁性体を購入した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
昨年に引き続き、有機スピンゼーベック素子のためカーボン膜を利用した素子を作成する方針である。高い抵抗をもつカーボン膜を有機スピンゼーベック素子として使用するためには、微細加工を行いくし形構造などに工夫する計画である。さらに高温でアニールを行い抵抗の小さい膜をつくる方策である。
スピンゼーベック効果の測定機材としてクライオスタットなどの購入を行う計画である。
排熱利用、環境発電のためスピンゼーベック素子には、高い熱抵抗をもつ材料が必要である。高い熱抵抗をもつ材料として発泡金属が開発されている。本年度の高い熱抵抗をもつ発泡磁性体を購入した。この発泡磁性体を利用したネルンスト発電の実験も行いたい。
近年発見されたスピンギャップレス半導体は、効率よくスピン流を生成でき、高い熱抵抗をもつことができる。スピンギャップレス半導体を製膜し、スピンギャップレス半導体を利用したスピンゼーベック素子を作成、温度差を利用したは排熱利用、環境発電を実現する。
|
| Causes of Carryover |
当該年度で有機スピンゼーベック効果の測定用の機材を購入予定だったが、現在のところ、良い測定用の試料ができておらず、スピンゼーベック効果の測定機材の購入は次年度に回す計画である。次年度で購入する測定機材としてはGM冷凍機クライオスタットやロックインアンプなどを検討している。
次年度では、成果の国際学会等の発表も予定しており、論文の投稿費用や旅費などの経費も増加させる必要がある。
|
