東京工業大学大学院理工学研究科の町田洋助教と井澤公一教授らは、有機化合物(TMTSF)2PF6(テトラメチルテトラセレナフルバレン塩)の低温の半導体状態において、現在最も利用されている熱電変換材料の100倍にも達する巨大な熱電効果を発見しました。今回の研究は、梨花女子大学(韓国)、パリ高等物理化学学校(フランス)の研究者との共同による成果です。

 物質の両端に温度差を与えると起電力が発生する現象をゼーベック効果と呼び、この効果の大きさをゼーベック係数S[温度差1K(絶対温度)当たりに発生する電圧]で表します。ゼーベック効果は排熱エネルギーを電気エネルギーに変換(熱電変換)可能な技術として注目され、現在、ゼーベック係数の大きい半導体を中心に、高効率の熱電変換材料の開発が精力的に行われています。

 同研究グループが研究対象とした(TMTSF)2PF6は、温度変化に伴いマイナス261.15 ℃(絶対温度12K)で金属から半導体へと変化し、また、2電子間に働く反発力(クーロン相互作用)が強い強相関電子系の有機化合物です。今回、同物質のゼーベック係数を極低温まで精密に測定すると、同係数|S|は電気が非常に流れにくい極低温下でも顕著な増大を示し、マイナス273.05 ℃(絶対温度0.1K)付近では40 mV/Kと巨大な値に達することを見出しました。この値は、シリコンやゲルマニウム、あるいはビスマス・テルル(BiTe)系などの熱電変換材料に比べて10~100倍大きいものです。

 今回の成果は、半導体の熱電効果は低温で消失するとの従来の理論予測を覆す、新しいメカニズムによる新奇な現象であるとしています。この発見により、今後の大きな熱電効果を発現する物質の開発に新たな指針が与えられるものと期待されます。

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大学ジャーナルオンライン編集部

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