遷移金属酸化物におけるＳｅｅｂｅｃｋ係数の多自由度効果

过渡金属氧化物塞贝克系数的多自由度效应

• 批准号: 13J02630
• 负责人: 高橋 英史
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J02630/
• 关键词: 強相関電子; ゼーベック効果; 遷移金属酸化物

申請者は、ゼーベック係数に対する強相関電子系の多自由度効果について研究しています。強相関電子系では、局在的な電子が持つスピンや軌道の自由度による高いエントロピー効果のため、熱電変換効率の飛躍的な増大が期待されます。しかし、この効果は、系の状態をほとんど変えず独立にスピン・軌道自由度を変化させることが実験的に困難なため、これまで実証されていません。そこで、スピン・軌道自由度がゼーベック係数に与える効果を証明するため、Sr3.1Y0.9Co4O10+δを用い実験を行いました。この物質は、Co3+のスピン状態が1 GPa以下の比較的低い圧力を加えることで、High-spin状態からLow-spin状態へ変化することが知られており、この変化は、スピン・軌道エントロピーの変化も伴うため、ゼーベック係数に対する自由度の効果を検証することができます。　本研究では具体的に、圧力下での磁化、電気抵抗、ゼーベック係数の及びホール効果の測定装置開発及び測定を行い、物理解明を目指しました。実験は電気抵抗とゼーベック係数の圧力下同時測定に成功し、磁化の圧力効果との比較を行い、ゼーベック係数に対する多自由度効果について検証しました。その結果、圧力を加えるとゼーベック係数が増加するにもかかわらず、電気抵抗が減少するという、一般的な描像では理解できない振る舞いを観測しました。さらに、ゼーベック係数の増加が飽和磁化の減少に比例することを見出しました。これは、CoのSpin状態が圧力を加えることで変化し、それに伴う自由度の変化に起因してゼーベック係数が増大するという理論的モデルで説明できます。以上のことから、ゼーベック係数と電子の持つスピン軌道自由度が密接に関係していることが明らかになり、スピン軌道自由度を用いた熱電材料設計の有効性が直接的に証明されました。

申请人正在研究强相关电子系统的多自由度对塞贝克系数的影响。在强相关电子系统中，由于局域电子的自旋和轨道自由度产生的高熵效应，预计热电转换效率将显着提高。然而，这种效应迄今为止尚未得到证实，因为在实验上很难在不改变系统状态的情况下独立改变自旋和轨道自由度。因此，为了证明自旋和轨道自由度对塞贝克系数的影响，我们利用Sr3.1Y0.9Co4O10+δ进行了实验。已知该材料中Co3+的自旋态通过施加1 GPa以下的相对低压而从高自旋态转变为低自旋态，这种变化是由自旋和轨道熵的增加引起的由于它也涉及变化，因此可以检查自由度对塞贝克系数的影响。具体来说，这项研究旨在通过开发和测量压力下磁化强度、电阻、塞贝克系数和霍尔效应的测量设备来阐明物理原理。实验中，我们成功地同时测量了压力下的电阻和塞贝克系数，并将其与磁化的压力效应进行了比较，验证了多自由度对塞贝克系数的影响。结果，我们观察到了一种无法从总体情况中理解的行为：当施加压力时，即使塞贝克系数增加，电阻也会减少。此外，我们发现塞贝克系数的增加与饱和磁化强度的减少成正比。这可以通过一个理论模型来解释，其中Co的自旋状态随着压力的施加而变化，并且塞贝克系数由于自由度的伴随变化而增加。由上可知，塞贝克系数与电子自旋轨道自由度密切相关，直接证明了利用自旋轨道自由度设计热电材料的有效性。

项目成果

Origin of the energy gap in the narrow-gap semiconductor FeSb2 revealed by high-pressure magnetotransport measurements

高压磁输运测量揭示了窄带隙半导体 FeSb2 能隙的起源

• 发表时间: 2013
• 影响因子: 3.7
• 作者: H. Takahashi; R. Okazaki; Y. Yasui;I. Terasaki
• 通讯作者: I. Terasaki

Electrical oscillation in SmS induced by constant external voltage

恒定外部电压引起的 SmS 电振荡

• DOI: 10.1103/physrevb.89.195103
• 发表时间: 2014
• 影响因子: 3.7
• 作者: H. Takahashi; R. Okazaki; H. Taniguchi; I. Terasaki; M. Saito; K. Imura; K. Deguchi; N. K. Sato
• 通讯作者: N. K. Sato

SmSにおける定電場下での電流振動現象

SmS中恒定电场下的电流振荡现象

• 发表时间: 2014
• 作者: 高橋 英史

Fabrication of Π-structured Bi-Te thermoelectric micro-device by electrodeposition

电沉积制备Π结构Bi-Te热电微器件

• DOI: 10.1016/j.electacta.2014.12.019
• 发表时间: 2015
• 作者: K. Uda; Y. Seki; M. Saito; Y. Sonobe; Y. C. Hsieh; H. Takahashi; I. Terasaki; T. Homma.
• 通讯作者: T. Homma.

Colossal enhancement of the Seebeck coefficient in FeSb2 driven by nearly ballistic phonons

由近弹道声子驱动的 FeSb2 中塞贝克系数的巨大增强

• 发表时间: 2015
• 作者: Hidefumi Takahashi