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

利用半导体纳米结构控制电子和声子传输开发高性能磁热电转换材料

• 批准号: 22KJ2208
• 负责人: 北浦 怜旺奈
• 金额: $ 1.6万
• 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: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2208/
• 关键词: 熱電発電; 半導体

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。

The thermal conductivity of the ferromagnetic/semiconductor interface increases with the increase of the thermal conductivity coefficient. 2021 Japan Institute of Magnetism, Co(ferromagnetic)/Si(semiconductor) multilayer structure, Co film thickness coefficient increase, the content of this research report, this year's Japan Institute of Magnetism, 2022 student lecture award (Yui lecture award). The Asia-Pacific Conference on Semiconductor Silicides and Related Materials was held at the end of the Asia-Pacific Conference on Semiconductor Silicides and Related Materials. Exploration of the origin of the increase in the ferromagnetic/semiconductor interface, the number of ferromagnetic/semiconductor interfaces, the interface density, the thickness of ferromagnetic layers, the number of layers, the density of samples, the new preparation, and the evaluation of thermoelectric characteristics As a result, the number of interfaces increases, and the coefficient increases. The 19th Japan Thermoelectric Society Academic Lecture Conference was held in Beijing. The thickness and number of layers of ferromagnetic and semiconductor layers are controlled to be dense, and the thermal conductivity of the samples is reduced. The thermal conductivity of the ferromagnetic/semiconductor interface was measured successfully. This is because the temperature matching at the ferromagnetic/semiconductor interface is not stable, and the temperature coefficient of the ferromagnetic/semiconductor multilayer structure is increased, which is important for the performance of the ferromagnetic/semiconductor interface. The sixth round of the conference was held in Beijing, China.

项目成果

半導体/強磁性体積層構造における界面導入と周期長制御による横ゼーベック係数の増大

通过在半导体/铁磁堆叠结构中引入界面和控制周期长度来增加横向塞贝克系数

• 发表时间: 2022
• 作者: 北浦 怜旺奈;石部 貴史;水口 将輝;中村 芳明
• 通讯作者: 中村 芳明

Nanostructure design for simultaneous realization of enhancement of transverse Seebeck coefficient and reduction of thermal conductivity using ferromagnetic metal/ semiconductor multilayer film

利用铁磁金属/半导体多层膜同时实现横向塞贝克系数的增强和导热系数的降低的纳米结构设计

• 发表时间: 2022
• 作者: Reona Kitaura;Takafumi Ishibe;Himanshu Sharma;Masaki Mizuguchi;Yoshiaki Nakamura
• 通讯作者: Yoshiaki Nakamura