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最先端研究開発支援プログラム（FIRST）課題名「強相関量子科学」（中心研究者：十倉好紀）の事業の一環として、東京大学大学院工学系研究科の石渡晋太郎 准教授と理化学研究所創発物性科学研究センターの十倉好紀センター長らの研究グループは、層状化合物β-CuAgSeが、室温程度の熱を効率的に電気エネルギーに変換する熱電変換素子の材料として有望であることを発見しました。

© Shintaro Ishiwata. 格子点に存在する赤と紫の球体は、それぞれ銅とセレンを表す。伝導電子（銀の球体）が、銅?セレン層に挟まれた銀層の中を、奥の熱せられた領域から手前側に向かって超高速で移動している様子を示したイメージ図。

热电変换素子は、廃热を再利用できる発电机としてだけでなく、冷冻机（ペルチエ式クーラー）としての机能をもたせることができます。ペルチエ式クーラーは小型化できるなど様々な特徴を备えていますが、その冷却能力はコンプレッサー式には远く及ばず、低温でより高い性能をもつ新しい热电材料の开発が望まれていました。本研究では、银のナノシートを有する层状化合物β-颁耻础驳厂别に化学置换を行うことで、室温から-200℃までの低温领域でビスマス系化合物に匹敌する高い热电性能を示すことを见いだしました。また、输送特性や第一原理计算から、银ナノシートを流れる电子が极めて高い移动度をもっており、このことが高い热电性能をもたらす主たる要因であることを突き止めました。これらの成果は、より高性能なペルチエ式クーラーのための热电材料の开発に、新たな设计指针をもたらすものと期待されます。

本研究成果は、2013年4月22日に英国科学誌「Nature Materials」のオンライン版で公開されました。

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论文情报

S. Ishiwata, Y. Shiomi, J. S. Lee, M. S. Bahramy, T. Suzuki, M. Uchida, R. Arita, Y. Taguchi, Y. Tokura,
“Extremely high electron mobility in a phonon-glass semimetal”,
Nature Materials Online Edition: 2013/4/22 (Japan time), doi: 10.1038/NMAT3621.

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