プレスリリース・研究成果

磁気構造のトポロジーを用いた熱から電気への高効率変換技術ー固体中の磁気モノポールのゆらぎが生み出す巨大熱電効果ー

2018/01/30

発表のポイント

  • 伝導電子に磁気モノポールとして作用するトポロジカル磁気構造体のゆらぎが大きな熱電効果をもたらすことを発見した。
  • 多角的な検証実験や計算によって、磁気揺らぎと熱電効果との関連性を実証し、高い熱電変換効率を実現する指針として固体中の磁気モノポールを用いる原理を初めて提案した。
  • 環境にやさしい発電方法である熱電変換技術において、トポロジカル磁気構造体を利用する新たな観点を提案し、今後の高効率化に向けた物質開拓の礎となることが期待される。
 

発表概要

熱から電気をエネルギーとして取り出す熱電効果は、廃熱の再利用や、排ガスを伴わない環境にやさしい発電方法という観点から注目されてきました。その効率を上げるためにさまざまな手法が確立されてきましたが、近年急速に発展した概念である「磁気構造のトポロジー」を高効率な熱電変換へ応用した例はこれまでに報告されていませんでした。

 東京大学工学系研究科の藤代有絵子大学院生と金澤直也助教、理化学研究所創発物性科学センターの十倉好紀センター長らの研究グループは、トポロジカル磁気構造体をもつ化合物MnGe(Mn:マンガン、Ge:ゲルマニウム)において、大きな熱電効果を発見しました。また、東京大学工学系研究科の石坂香子准教授ら、理化学研究所創発物性センターの有田亮太郎チームリーダーと田口康二郎チームリーダーら、東京大学物性研究所の徳永将史准教授ら、および東北大学金属材料研究所の淡路智教授と塚﨑敦教授らの研究グループと共同で多角的な検証実験や計算を行い、MnGeの磁気モノポールが生み出す巨大な仮想磁場のゆらぎがその機構と密接に関係していることを実証しました。

 今回の発見によって、磁気構造のトポロジーを用いた高効率の熱電変換技術という全く新しい原理を提唱でき、今後の高効率化に向けた新たな物質開拓の指針の確立、さらには省エネルギー問題に貢献することが期待されます。

 詳細1: プレスリリース本文 [PDF 865KB]
 詳細2: Nature Communicationsウェブサイト [DOI:10.1038/s41467-018-02857-1]

 

Nd2-xCexCuO4の<sub>x</sub> = 0.15(NCCO)の(a)annealed試料と(b)as-grown試料のRSXSスペクトル。

MnGeにおけるトポロジカル磁気構造体(ヘッジホッグ・反ヘッジホッグ)とそれらが電子に
与える仮想磁場の分布(磁気モノポール・反モノポール)