2019年8月18日(日)

プレスリリース

東大と理研など、トポロジカル磁気構造体をもつ化合物MnGeにおいて大きな熱電効果を発見

2018/1/29 19:00
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発表日:2018年1月29日

磁気構造のトポロジーを用いた熱から電気への高効率変換技術

-固体中の磁気モノポールのゆらぎが生み出す巨大熱電効果-

1.発表者:

藤代有絵子(東京大学 大学院工学系研究科 物理工学専攻 修士課程2年/理化学研究所 創発物性科学研究センター 強相関物性研究グループ 研修生)

金澤 直也(東京大学 大学院工学系研究科 物理工学専攻 助教/理化学研究所 創発物性 科学研究センター 強相関物性研究グループ 客員研究員)

下志万貴博(研究当時:東京大学 大学院工学系研究科 物理工学専攻 助教/現:理化学研究所 創発物性科学研究センター 電子状態スペクトロスコピー研究チーム 研究員)

中村 飛鳥(東京大学 大学院工学系研究科 物理工学専攻 博士課程3年)

石坂 香子(東京大学 大学院工学系研究科 物理工学専攻 准教授/理化学研究所 創発物性 科学研究センター 電子状態スペクトロスコピー研究チーム チームリーダー)

是常 隆(理化学研究所 創発物性科学研究センター 計算物質科学研究チーム 客員研究員/東北大学 理学研究科物理学専攻 准教授)

有田亮太郎(理化学研究所創発物性科学研究センター 計算物質科学研究チーム チームリーダー)

三宅 厚志(東京大学 物性研究所附属国際超強磁場科学研究施設 助教)

三田村裕幸(東京大学 物性研究所附属国際超強磁場科学研究施設 助教)

秋葉 和人(東京大学 大学院理学系研究科 物理学専攻 博士課程3年)

徳永 将史(東京大学 物性研究所附属国際超強磁場科学研究施設 准教授)

塩貝 純一(東北大学 金属材料研究所 低温物理学研究部門 助教)

木村尚次郎(東北大学 金属材料研究所 附属強磁場超伝導材料研究センター 准教授)

淡路 智(東北大学 金属材料研究所 附属強磁場超伝導材料研究センター 教授)

塚崎 敦(東北大学 金属材料研究所 低温物理学研究部門 教授)

吉川 明子(理化学研究所 創発物性科学研究センター 強相関物質研究チーム 技師)

田口康二郎(理化学研究所 創発物性科学研究センター 強相関物質研究チーム チームリーダー)

十倉 好紀(理化学研究所 創発物性科学研究センター センター長/東京大学大学院 工学系研究科 物理工学専攻 教授)

2.発表のポイント:

◆伝導電子に磁気モノポール(注1)として作用するトポロジカル磁気構造体(注2)のゆらぎが大きな熱電効果(注3)をもたらすことを発見した。

◆多角的な検証実験や計算によって、磁気揺らぎと熱電効果との関連性を実証し、高い熱電変換効率を実現する指針として固体中の磁気モノポールを用いる原理を初めて提案した。

◆環境にやさしい発電方法である熱電変換技術において、トポロジカル磁気構造体を利用する新たな観点を提案し、今後の高効率化に向けた物質開拓の礎となることが期待される。

3.発表概要:

熱から電気をエネルギーとして取り出す熱電効果は、廃熱の再利用や、排ガスを伴わない環境にやさしい発電方法という観点から注目されてきました。その効率を上げるためにさまざまな手法が確立されてきましたが、近年急速に発展した概念である「磁気構造のトポロジー」(注2)を高効率な熱電変換へ応用した例はこれまでに報告されていませんでした。

東京大学工学系研究科の藤代有絵子大学院生と金澤直也助教、理化学研究所創発物性科学センターの十倉好紀センター長らの研究グループは、トポロジカル磁気構造体をもつ化合物MnGe(Mn:マンガン、Ge:ゲルマニウム)において、大きな熱電効果を発見しました。また、東京大学工学系研究科の石坂香子准教授ら、理化学研究所創発物性センターの有田亮太郎チームリーダーと田口康二郎チームリーダーら、東京大学物性研究所の徳永将史准教授ら、および東北大学金属材料研究所の淡路智教授と塚崎敦教授らの研究グループと共同で多角的な検証実験や計算を行い、MnGeの磁気モノポールが生み出す巨大な仮想磁場のゆらぎがその機構と密接に関係していることを実証しました。

今回の発見によって、磁気構造のトポロジーを用いた高効率の熱電変換技術という全く新しい原理を提唱でき、今後の高効率化に向けた新たな物質開拓の指針の確立、さらには省エネルギー問題に貢献することが期待されます。

※以下は添付リリースを参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

添付リリース

http://release.nikkei.co.jp/attach_file/0469761_01.pdf

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