エネルギーの効率的な利用を追求するため、科学者たちは熱を効率的に電気に変換できる熱電材料を研究しています。トポロジカル磁石と呼ばれる特定のタイプは、異常なネルンスト効果を示すため、多くの注目を集めています。異常ネルンスト効果では、強磁性体の温度勾配と印加磁場の両方に対して垂直に電圧が生成されます。
一部のデバイスでは、サーモパイル デバイス内で異なる熱出力符号を持つ層を組み合わせることで性能の向上が見られていますが、このアプローチでは通常、異なる材料の使用と製造プロセスの変更が必要です。
重要な進歩として、共同研究グループは、Co と呼ばれる特殊な材料を使用して、熱から電気を生成する際にプラスとマイナスの両方の極性を作り出す能力を実証しました。3Sn2S2、トポロジカル磁石の特性で知られています。このブレークスルーは、磁性化合物のいくつかの元素を単純に交換することによって達成されました。
このグループは、東北大学金属材料研究所(IMR)の藤原航平准教授と塚崎篤教授が率いる。物質・材料研究機構（NIMS）の平井隆正研究員と内田健一特別グループリーダー。富山県立大学の柳有紀准教授。
彼らの発見の詳細は雑誌で報告されました 自然物理学 1月8、2024に。
「私たちは、コバルト-スズ-硫黄ベースの強磁性体に焦点を当てました。なぜなら、そのトポロジカル電子状態は、私たちの以前の理論的研究によれば、異常ネルンスト効果の極性を制御するのに適しているからです」と藤原氏は述べた。
彼らのコンセプトを検証するために、チームは、薄膜の成長プロセスを通じて元素置換を実施しました。これは、薄膜の成長プロセスで広く採用されている技術です。 半導体 テクノロジー。彼らは、ニッケルとインジウムを適切に置換すると、トポロジカル電子状態の変調を通じて熱起電圧の符号が逆転することを発見しました。
「サーモパイルデバイスの製造に共通の基本要素が利用できるようになると、リソースとコストの削減に貢献します。私たちのコンセプトは他のトポロジカル磁石にも適用され、優れた磁気熱電材料の開発が加速されます」と藤原氏は付け加えます。