Multicaloritronics

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本研究は、強誘電体中の自発電気分極の集団励起モード「フェロン」の概念をスピンカロリトロニクスに導入し、フェロン輸送現象やフェロンと電子・マグノンとの相互作用を解明することを目的としている。初年度である2022年度は、スタートアップ課題として主に以下の２テーマに注力すると共に、対面形式での全体ミーティングを２回開催し、参画メンバーの連携体制を確立した。① 強誘電体におけるフェロン熱輸送の観測と能動的熱スイッチ機能の実証：　オハイオ州立大学と共同で、典型的な強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛における熱伝導率、熱拡散率、縦波音響フォノン速度の電界依存性を系統的に調べた (Science Advances誌に論文掲載)。これらの物理量はヒステリシスを伴いながら電気分極方向に対して明瞭な変化を示し、実験結果は圧電歪みとフォノンの非調和性を組み合わせた理論モデルによって定量的に再現された。本結果はフェロンが強誘電体中の熱輸送に寄与していることを示す実験的証拠であり、電界駆動型の全固体熱スイッチ素子実現への可能性を拓くものである。② 強誘電体/金属複合構造におけるフェロン-電流相互作用の開拓：　強誘電体上に接合した金属において発現する新しい熱電変換現象「フェロンドラッグ効果」の理論を構築した (Physical Review B誌にLetterとして論文掲載)。フェロンドラッグ効果は、長距離に作用する電荷-電気双極子相互作用を介して強誘電体中のフェロンと金属中の電子との間で運動量が移行されることによって発現する。本現象はフェロン物性とエレクトロニクスとのインターフェースとなる基本原理の一つであり、その基本的性質を明らかにした意義は大きい。フェロンドラッグ効果の観測に向けた予備実験も開始している。