非線形非平衡系における熱電応答

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本研究では、大きな熱勾配の下での熱電変換の微視的理論を構築することを目的としている。そのような大きな温度勾配や高い温度の下では、フォノンやマグノンおよび不純物といった、伝導電子系の外部からの散乱を評価しなくてはならない。加えて、熱電変換特有の問題として、フォノンやマグノンの熱流も考慮する必要がある。非線形熱電応答の理論の構築の上で、そういった作用の理論の整備の必要性を見出した。そこで、以下の2点について研究を実施した。(1)熱電におけるアンダーソン局在電気伝導において局在は不利に働く。しかし、熱電応答においては、エネルギーの伝導度と電流の伝導度の比により効率が決まるため、必ずしも不利に働くとは限らない。我々は、不純物半導体におけるアンダーソン局在はゼーベック係数やPFを増大させうることを、理論的に示した。(2)フォノンドラッグによるネルンスト効果フォノンによる熱流は、熱伝導度に大きな寄与をもたらすことが知られている。加えて、電子格子相互作用が大きい場合は、フォノンの流れと電子の流れが相互作用することによって生じるフォノンドラッグ効果が現れることが知られている。そこで、音響フォノンと伝導電子が相互作用する系における磁場中の輸送現象について一般的な公式を導出し、希薄金属において実験の結果を再現することを示した。以上は具体的な輸送現象を対象としたものであるが、その研究を通してフォノン・不純物・磁場などの取り扱いを整備した。