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。

通过使用铁磁材料/半导体界面，我们成功地提高了横向塞贝克系数并降低了热导率，这是提高能斯特热电发电性能的指导方针。在日本磁学会 2021 年年会上，我们宣布与单个 Co 薄膜相比，Co（铁磁材料）/Si（半导体）堆叠结构的横向塞贝克系数有所增加，我获得了 2022 年学生演讲奖（樱井）。讲座奖）。此外，亚太半导体硅化物会议和半导体硅化物与半导体会议表明，同时实现横向塞贝克系数的增加和导热系数的降低，这是能斯特热电发电中的一个问题，可以通过使用铁磁材料/半导体堆叠结构来实现。我将其发表在《相关材料》上，并获得了青年科学家奖。为了探究铁磁材料/半导体界面带来的横向塞贝克系数增加的根源，我们重点关注铁磁材料/半导体界面的层数和界面密度，仔细确定了层厚和叠层数。在受控条件下制备了铁磁材料层和半导体层的新样品，并评估了其热电性能。结果，我们观察到随着界面数量的增加，横向塞贝克系数增加。我们在第19届日本热电学会学术会议上发表了这些成果，并获得了第19届日本热电学会学术演讲奖。此外，在精确控制铁磁层和半导体层的厚度和层数的样品中，我们成功地降低了能斯特热电发电的性能指标之一的热导率。此外，通过测量这些热导率，我们成功地估计了铁磁材料/半导体界面的界面热阻。这一特性对于增加铁磁/半导体堆叠结构中的横向塞贝克系数起着重要作用，从而可以估计铁磁/半导体界面处的温度梯度。我们在第六届声子工程研究组上展示了这些成果，并获得了第六届声子工程研究组优秀墙报奖。

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