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

基本信息

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

项目摘要

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．

基于从“使用分子束相处（MBE）方法的“基于Fe的Heusler合金薄膜的制造技术”所获得的知识，该方法使用了分子束外延（MBE）方法，该方法有望在室温下提供高热力性能。”这项研究旨在证明具有高热电性能的Fe基啤酒合金薄膜，可以应用于平面薄膜热电转换模块。今年，我们尝试改善Fe2TISI的热电性能，预计该性能将比Fe2Val具有更高的热电性能，1）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2 ）2 2 ）中 2）作术2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2 2）2 2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2 2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2 ）2作 2页中2）2 ）2作 2页中2）计本家2）2）2本家2 2页2 2页x2 ）2 2）2）2）2）2）2）2” 2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2 2）2 2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2 2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2 ）2作 2页中2）2 ）2作 2页中2）计本家2）2）2本家2 2页2 2页x2 ）2 2）2）2）2）2）2）2” 2）2关于①，我们成功地使用了MBE方法在350°C下成功制造了单相，均匀的成分分布薄膜，并获得了比Fe2Val薄膜更高的塞贝克系数和更高的导热率。另一方面，由于获得了比Fe2Val薄膜更高的电阻率（ρ），因此我们决定一种减少ρ的方法，同时保持S（| S |）的绝对值以实现高热电性能是必要的。关于②，基于详细的结构分析和热电特性测量结果，元素取代是成功的，并且在没有显着降低| s |的情况下实现ρ。但是，由于与基于咬合的化合物相比，获得的热电性能仍然很低，因此有必要进一步改善未来的热电性能，例如从理论上预测的磷，可以在未来获得高热电性能，例如基本替换材料。今年，我们还试图制作MN2Coal的薄膜，这引起了人们的关注，作为一种称为自旋无间隙半导体的新材料，在费米水平附近具有独特的带状结构，这极大地影响了热电性能。我们成功地制造了具有单相和均匀成分分布的薄膜，可以详细讨论晶体结构和物理特性之间的关系。另一方面，由于尚未评估热电特性，因此将来有必要评估热电特性。以上结果介绍了进一步改善基于Fe的Heusler合金薄膜的热电性能以及实现新材料薄膜的挑战和准则。

项目成果

期刊论文数量（7）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
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
通讯作者：
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

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Michihiro Yamada;Yu Shiratsuchi;Hiroto Kambe;Kohei Kudo;Shinya Yamada;Kentarou Sawano;Ryoichi Nakatani;Kohei Hamaya
通讯作者：
Kohei Hamaya

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