プレスリリース

2016.11.14

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-:物理工学専攻 石渡晋太郎准教授ら

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1112日午前4時)に掲載されます。

 

テルル化モリブデン1T’-MoTe2の結晶構造変化の概念図。室温では通常物質と同様の非極性構造(右図)を有しているが、温度を約マイナス20度まで低下させると極性構造(左図)に相転移する。わかりやすくするために、単位格子内において結晶学的に非等価な4種類のテルルイオンを異なる色で塗り分けている。左図の極性構造では、c軸(層間方向)に反転対称性が破れており、大きな黒い矢印で示す方向に、実効的な電場(電気的偏り=分極P0)が存在する。テルルイオンにおける小さな矢印は、中心位置からの微小なずれを表す。

テルル化モリブデン1T’-MoTe2における、モリブデンをニオブで部分置換した効果。丸や四角のデータ点は極性構造への転移温度であり、それぞれ抵抗データと光学データから精密に決定した。黒と白のデータ点は、それぞれ昇温、降温過程における転移温度を示す。ニオブの置換量と共に、極性構造への転移温度は系統的に低下し、約10パーセント以上では絶対ゼロ度まで非極性構造が保持されるため、理想的な極性-非極性構造の臨界状態が形成されている。カラープロットは、温度Tで規格化した熱電能Sの値(S/T)を示す。極性構造と非極性構造の臨界点近傍において、S/Tの値が鋭く増加していることがわかる(赤色部分; ニオブの置換量 ~7パーセント)。

 

プレスリリース本文:/shared/press/data/setnws_20161114104020295532644868_991476.pdf

Science Advances URL:http://advances.sciencemag.org/content/2/11/e1601378.full

<記事>
大阪大学 http://www.sci.osaka-u.ac.jp/ja/topics/5348/
日本経済新聞 電子版 http://release.nikkei.co.jp/detail.cfm?relID=428233&lindID=5