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。

通过使用铁磁/半导体界面，我们成功地提高了侧面的Seebeck系数，这是改善Nernst热电发电的性能并降低导热率的指南。在2021年日本磁性社会上，我们宣布，与CO单片相比，CO（铁磁）/SI（半导体）层压结构的侧向塞贝克系数增加了，而对于CO单片，我们本年度在日本磁性社会上获得了2022年的学生讲座奖（Sakurai讲座奖）。此外，我们在亚太半导体和相关材料的亚太大会上提出了同时实现增加侧向塞贝克系数并降低导热率的同时实现，这是Nernst热电学生成的挑战，可以通过使用铁磁性/半导体/半导体/半径型层压液结构来实现。为了搜索由铁磁/半导体界面引起的侧向塞贝克系数增加的起源，用密度控制的样品制造了一个新样品，重点是界面的数量和铁磁/半导体层的界面密度，以及堆叠层的堆叠层和热层的数量。结果，观察到横向塞贝克系数的增加，界面数量增加。这些是在日本热电学会的第19届学术演讲中介绍的，并获得了日本热电学学会的第19届学术演讲。此外，在具有密度控制厚度的样品以及铁磁层和半导体层堆叠层的样品中，热导率是Nernst热电发电性能性能的指数之一，已成功降低。此外，这些热导率测量已用于估计铁磁/半导体界面处界面的热电阻。这是一个特征，它在增加铁磁/半导体层压结构中增加了侧向贝贝系数的重要作用，该结构允许估计铁磁/半导体界面处的温度梯度。这些是在第六个声子工程研究小组中介绍的，并获得了第六个声子工程研究小组的出色海报奖。

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