東大など、極性構造歪みの制御を通じた熱電変換効率の向上に成功

極性構造歪みの制御を通じた熱電変換効率の向上に成功
−新原理の熱電変換材料へ道−


１．発表者：
　酒井英明（大阪大学大学院理学研究科物理学専攻　准教授／JST　さきがけ研究者、研究当時：東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻　助教）
　池浦晃至（研究当時：東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻　修士２年）
　M．S．Bahramy（東京大学大学院　工学系研究科附属量子相エレクトロニクス研究センター・物理工学専攻　特任講師／理化学研究所　創発物性科学研究センター創発計算物理研究ユニットユニットリーダー）
　小川直毅（理化学研究所　創発物性科学研究センター創発光物性研究ユニット　ユニットリーダー）
　橋爪大輔（理化学研究所　創発物性科学研究センター物質評価支援ユニット　ユニットリーダー）
　藤岡淳（東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻　講師／JST　さきがけ研究者）
　十倉好紀（東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻　教授／理化学研究所創発物性科学研究センター　センター長）
　石渡晋太郎（東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻　准教授／JST　さきがけ研究者）

２．発表のポイント：
　◆室温近傍で強誘電体と同様な構造歪みを示す金属材料を発見。
　◆元素置換により「強誘電体」的歪みが生じる温度を人工的に低下させると、極低温で熱電能（熱を電気に変換する効率）が大幅に上昇することを発見。
　◆「強誘電体」的格子歪みの制御が熱電性能向上のための新たな指導原理となることを提案。

３．発表概要：
　大阪大学大学院理学研究科　酒井英明准教授（JST　さきがけ研究者兼任，研究当時：東京大学大学院工学系研究科　助教）、東京大学大学院工学系研究科　石渡晋太郎准教授（JST　さきがけ研究者兼任）、同研究科　池浦晃至元大学院生らの研究グループは、強誘電体と同様な構造転移を室温近傍で示す珍しい導電性化合物を発見し、この転移を元素置換により大幅に（絶対温度約２５０度から０度まで）制御できることを、電気特性および光学スペクトルにより明らかにしました。また、わずかな元素置換によってこの「強誘電体」的転移を極低温まで抑制すると、熱を電気に変換する効率（熱電能）が著しく増大することを発見しました。この振る舞いは、バンド構造のみを考慮した理論計算では再現できないことから、「強誘電体」的構造歪みに起因する結晶格子の揺らぎや不均一性が、金属特性に劇的な影響を与え得ることを示唆する結果だと言えます。今後は、このメカニズムを指導原理とする革新的な熱電変換技術への応用も期待できます。
　本研究成果は、Science　Advances誌（日本時間１１月１２日午前４時）に掲載されます。

　※発表内容などリリース詳細は添付の関連資料を参照