半導体ナノ構造を用いた電子・フォノン輸送制御による高性能磁気熱電変換材料の開発

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我々は、強磁性体/半導体界面を用いることで、ネルンスト熱電発電の性能向上指針である横ゼーベック係数の増大と、熱伝導率の低減に成功してきた。2021年度日本磁気学会において、Co(強磁性体)/Si(半導体)積層構造において、Co単膜よりも横ゼーベック係数が増大することを発表し、本研究発表内容において、本年度の日本磁気学会にて、2022学生講演賞(桜井講演賞)を頂きました。また、ネルンスト熱電発電における課題であった、横ゼーベック係数増大と熱伝導率の低減の同時実現が、強磁性体/半導体積層構造を用いることで達成でき得ることをAsia-Pacific Conference on Semiconducting Silicides and Related Materialsにて発表し、Young Scientist Awaedを頂きました。強磁性体/半導体界面がもたらす、横ゼーベック係数増大の起源を探索するため、強磁性体/半導体の界面数、界面密度に着目し、強磁性体層、半導体層の層厚、積層数を緻密に制御した試料を新たに作製し、その熱電特性を評価した。その結果、界面数増大に伴う横ゼーベック係数の増大を観測した。これらを第19回日本熱電学会学術講演会で発表し、第19回日本熱電学会学術講演賞を頂きました。また、この強磁性体層、半導体層の層厚、積層数を緻密に制御した試料において、ネルンスト熱電発電の性能の指数の一つである熱伝導率の低減に成功した。また、これらの熱伝導率測定で、強磁性体/半導体界面での界面熱抵抗の見積もりに成功した。これは、強磁性体/半導体界面での温度勾配を見積もることが可能な、強磁性体/半導体積層構造における横ゼーベック係数増大に重要な役割を示す特性である。これらを第六回フォノンエンジニアリング研究会において発表し、第六回フォノンエンジニアリング研究会優秀ポスター賞を頂きました。