Search for high-efficiency thermoelectric magnetic material and establish design guide principles

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K22479
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0402:Nano/micro science, applied condensed matter physics, applied physics and engineering, and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Minami Susumu 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任助教 (10876840)
• Project Period (FY): 2020-09-11 – 2023-03-31
• Keywords: 熱電変換材料 / 異常ネルンスト効果 / 異常ホール効果 / 第一原理計算

Outline of Final Research Achievements

In this research project, we aimed to search for magnetic materials with a large anomalous Nernst effect and elucidate its manifestation mechanism. Previous studies have focused on the Weyl points that arise when considering spin-orbit interaction. We focused on the energy dispersion of the nodal line without spin-orbit coupling. We showed that the Berry curvature diverges near the stationary point, enhancing the anomalous Nernst effect.
We have also reported the logarithmic divergence of the anomalous Nernst effect originating from the Weyl points in a ferromagnetic half-Heusler alloy CoMnSb and the large anomalous Nernst effect in a Kagome-lattice ferromagnet Fe3Sn.

Free Research Field

計算物性物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

排熱などの有効利用を目指すエネルギーハーベスティング技術の基礎原理の一つとして熱電効果が知られている。本研究で焦点を当てている異常ネルンスト効果は磁性体において発現し、その起源は電子波動関数の位相に由来している。異常ネルンスト効果は電位差が温度勾配に対して垂直に生じる特徴を有しており、工学応用において様々な利点があることが報告されているが、より大きな応答を示す磁性熱電材料が求められている。本研究の成果として、異常ネルンスト効果を増大させるためのメカニズムとして逆格子空間上で定義されるノーダルラインの停留点近傍の状態密度が重要であり、今後の物質設計の指針の一つとなりうることを明らかにした。