Fe系ホイスラー合金の結晶規則度制御によるIoT用薄膜熱電変換素子の創製

通过控制铁基霍斯勒合金的晶体规则性创建物联网薄膜热电转换元件

• 批准号: 20J10124
• 负责人: 工藤 康平
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J10124/
• 关键词: 熱電材料; ホイスラー合金; 薄膜; 分子線エピタキシー; スピンギャップレス半導体

本研究は，研究代表者らがこれまで開発してきた「分子線エピタキシー(MBE)法を用いた低環境負荷かつ室温付近で高い熱電性能が期待されるFe系ホイスラー合金薄膜(Fe2VAl)の作製技術」で得られた知見を基に，面内型薄膜熱電変換モジュールへ応用可能な高い熱電性能を有するFe系ホイスラー合金薄膜の実証を目指している．本年度はFe2VAlよりも高い熱電性能が期待されているFe2TiSiに関して，①薄膜の作製及び熱電物性の評価と②Tiの一部をMnで置換して熱電性能の向上を試みた．①に関してはMBE法を用いて単相かつ均一な組成分布の薄膜を350℃で作製することに成功し，Fe2VAl薄膜よりも高いゼーベック係数(S)と低い熱伝導率が得られた．一方でFe2VAl薄膜よりも高い電気抵抗率(ρ)が得られたため，高い熱電性能の実現にはSの絶対値(|S|)を維持したままρを低減するアプローチが必要であると判断した．②に関しては，詳細な構造解析及び熱電物性の測定結果から元素置換に成功し，|S|が大きく減少することなくρの低減を実現した．しかし，得られた熱電性能はBiTe系化合物と比較すると未だ低いため，今後は高い熱電性能を得られることが理論予測されているリン等を元素置換材料に用いて更なる熱電性能の向上を実現する必要がある．また本年度は，熱電性能に大きく影響するフェルミ準位付近に特異なバンド構造を有するスピンギャップレス半導体と呼ばれる新規材料として注目されているMn2CoAlの薄膜作製にも挑戦した．単相かつ均一な組成分布の薄膜作製に成功し，結晶構造と物性の関係を詳細に議論することができた．一方で熱電物性の評価には至らなかったため，今後は熱電物性の評価を行う必要がある．以上の成果は，Fe系ホイスラー合金薄膜の更なる熱電性能の向上並びに新規材料薄膜の実現に向けた次なる課題と指針を呈示したものである．

は this study, the representatives ら が こ れ ま で open 発 し て き た "molecular line エ ピ タ キ シ ー を (MBE) method with い た low environment load か つ room temperature high paying nearly で い thermoelectric performance が expect さ れ る Fe is ホ イ ス ラ ー alloy thin film (Fe2VAl) の cropping technology" で must ら れ た knowledge base を に, In-plane membrane type thermoelectric variations in モ ジ ュ ー ル へ 応 with high may な い thermoelectric performance を す る Fe is ホ イ ス ラ ー alloy film の card be を refers し て い る. This year は Fe2VAl よ り も high い thermoelectric performance が expect さ れ て い る Fe2TiSi に masato し て, (1) the film の cropping and び thermoelectric property の review 価 と (2) Ti の a を Mn で replacement し て thermoelectric performance の を try み upward た. 1) に masato し て は を MBE method with い て 単 phase か つ な uniform composition distribution の film を 350 ℃ で cropping す る こ と に し success, Fe2VAl film よ り も high い ゼ ー ベ ッ ク coefficient (S) low と い hot 伝 conductivity が ら れ た. High side で Fe2VAl film よ り も い electric 気 resistance (rho) が ら れ た た め, high い thermoelectric performance の be presently に は S の unique numerical (| S |) seaborne を maintain し た ま ま rho を low cut す る ア プ ロ ー チ が necessary で あ る と judgment し た. (2) に masato し て は, detailed な structural analysis and measurements of び thermoelectric property の か ら element displacement に し success, | S | が big き く reduce す る こ と な く rho の low cut を be presently し た. し か し, ら れ た thermoelectric performance は BiTe is a compound と compare す る と not low だ い た め, future は high い thermoelectric performance を ら れ る こ と が theory to measure さ れ て い る リ ン を element substitution materials such as に with い て more な る thermoelectric performance の を up be presently す る necessary が あ る. ま た は this year, the thermoelectric performance に big き く influence す る フ ェ ル ミ quasi a paying nearly に specific な バ ン ド a す を construction る ス ピ ン ギ ャ ッ プ レ ス semiconductor と shout ば れ る new rules material と し て attention さ れ て い る Mn2CoAl の film as system に も pick 戦 し た. 単 phase か つ な uniform composition distribution の film as に し success, crystal structure と property の masato is detailed talk に す を る こ と が で き た. One party will conduct a で thermoelectric property <s:1> evaluation of 価に 価に to らな ったため ったため, and in the future, the <s:1> thermoelectric property <s:1> evaluation of 価を will be う necessary がある. All above の は, Fe ホ イ ス ラ ー alloy film の more な る thermoelectric performance の upward and び に new rules material film の be am に to け た times な る subject と pointer を presented し た も の で あ る.

项目成果

Observation of room-temperature spin transport in Ge-based lateral spin-valve devices with low-temperature grown Co2MnSi electrodes

采用低温生长 Co2MnSi 电极观察 Ge 基横向自旋阀器件中的室温自旋输运

• 发表时间: 2020
• 作者: K. Kudo;M. Yamada;S. Honda;S. Yamada;K. Sawano and K. Hamaya
• 通讯作者: K. Sawano and K. Hamaya

Electric field tunable anisotropic magnetoresistance effect in an epitaxial Co2FeSi/BaTiO3 interfacial multiferroic system

• DOI: 10.1103/physrevmaterials.5.014412
• 发表时间: 2021-01
• 期刊: Physical Review Materials
• 影响因子: 3.4
• 作者: S. Yamada;Y. Teramoto;D. Matsumi;D. Kepaptsoglou;I. Azaceta;T. Murata;K. Kudo;V. Lazarov;T. Taniyama;K. Hamaya

Influence of external temperature on interface spin polarization of ferromagnet-semiconductor heterostructures

外部温度对铁磁体-半导体异质结构界面自旋极化的影响

• 发表时间: 2020
• 作者: Michihiro Yamada;Yu Shiratsuchi;Hiroto Kambe;Kohei Kudo;Shinya Yamada;Kentarou Sawano;Ryoichi Nakatani;Kohei Hamaya
• 通讯作者: Kohei Hamaya

Co2FeSi/BaTiO3界面マルチフェロイク構造における異方性磁気抵抗効果の電界変調

Co2FeSi/BaTiO3界面多铁结构中各向异性磁阻效应的电场调制

• 发表时间: 2020
• 作者: 寺本侑樹;山田晋也;工藤康平;谷山智康;浜屋宏平
• 通讯作者: 浜屋宏平

Half-metallic nature of the low-temperature grown Co2MnSi films on SrTiO3

• DOI: 10.1016/j.jallcom.2020.155571
• 发表时间: 2021-02
• 期刊: Journal of Alloys and Compounds
• 影响因子: 6.2
• 作者: K. Kudo;S. Yamada;M. Yafuso;T. Kimura;V. Lazarov;K. Hamaya