2018 Fiscal Year Annual Research Report
Nano-structured thermoelectric materials investigated through electrochemical interface
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17K19060
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
清水 直 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 研究員 (60595932)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2019-03-31
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| Keywords | 物性実験 / 電界効果 / 電気化学 / 熱電効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、「イオン液体と半導体界面で発生する超強電界や電気化学反応を制御することで二次元電子系を人工的に作り出す手法を確立すること」、そして「本手法を様々な半導体材料に適用し、低次元物質・ナノマテリアルの熱電効果の研究を推進すること」を目的とする。近年、ナノ材料またはナノ構造を有する物質に潜む優れた熱電特性が注目されており、基礎・応用の両面から、それらの物質における熱電応答の研究の重要性が一層強く認識されるようになってきている。平成30年度は、高い熱電性能の実現を目指し、厚さ100ナノメートルから1ナノメートルの半導体極薄膜における熱電応答の探索および評価を行なった。具体的には以下の研究を行った。
(1) イオン液体と半導体薄膜表面で電気化学反応を引き起こすことで、薄膜試料の電気化学エッチングを行うことができる。この電気化学エッチングの進行を、反応温度、印加電圧、用いるイオンの形状・大きさ、さらに半導体材料の種類を変えて観測した。それぞれの条件を変えるとエッチングの進行具合が大きく変わることがわかった。
(2) 電気化学反応で半導体試料の試料厚みを制御しながら、熱電効果測定を測定した。特にセレン化鉄薄膜を用いた実験では、試料厚みが1~20ナノメートル、温度が10~300ケルビンの領域において、膜厚－温度空間での熱電効果のマッピングに初めて成功した。このようなマッピングを単一の試料で実現した例はこれまでに無かった。また、ナノスケール領域（厚さ１~5ナノメートル）において、広い温度範囲で高い出力因子を観測した。
今年度に行った研究成果は、国内学会・国際学会等様々な場所で発表した。また、上記の結果は学術論文として報告した。
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