東大ら、銀ナノシートを有する層状化合物で超高電子移動度を実現。東大ら、銀ナノシートを有する層状化合物で超高電子移動度を実現。して有望であることを発見した。結晶格子に乱れを導入しても、高純度のシリコン半導体単結晶に匹敵する高い電子移動度を示すことを確認した。センターらによる成果。論文が掲載されている。層状化合物β-CuAgSeのイメージ。(出所:東京大学)熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換できる熱電変換素子は動作温度(-100°C~1500°C)に応じて様々な材料が開発されているが、室温近傍の比較的低温領域で高い熱電性能を示す材料は、これまでビスマスを含む化合物に限られていた。市販のワインセラーや、光通信用半導体レーザー、医療機器などの冷却装置に搭載されているペルチェ式クーラーにも、すべてビスマス系化合物が使われている。ペルチェ式クーラーは小型化が可能、騒音振動がない、メンテナンスフリーなど様々な特徴を備えているが、熱電変換効率が10%程度と低く、冷却能力はコンプレッサー式には遠く及ばないため、低温でより高い性能を持つ新しい熱電材料の開発が望まれていた。熱電変換効率を決める無次元性能指数を高めるには、大きなゼーベック係数(温度差1°Cあたりの起電力)、高い電気伝導率、低い熱伝導率の3つの要素を兼ね備えた材料を探す必要がある。これらはすべてキャリア密度の関数となっており、キャリア密度が1019cm-3程度のときに無次元性能指数が最大値をとることが知られている。銀は最も電気伝導率が高い金属として知られているが、キャリア密度が高すぎるため、ゼーベック係数は非常に小さい値となる。性能指数をさらに高めるには、電子の移動度を高くし、格子振動による熱伝導率を低くすればよいとされる。格子振動による熱伝導率を低下させるための最も効果的な方法は、化学置換による結晶格子への乱れの導入であるが、一般に格子の乱れは電子移動度の低下を引き起こす。現在、電子伝導を乱すことなく格子熱伝導を低下させることが期待されるカゴ状物質を中心に研究が進められており、実際にビスマス系化合物に匹敵する低い熱伝導率を示す材料も見つかっている。カゴ状構造は化学置換による自在な物性制御に適した構造とはいえず、移動度という点ではビスマス系化合物と比べて劣っている。結晶構造(左)と、熱伝導率及び移動度の温度変化。含む層に乱れが存在することが分かる。多結晶試料を作製し、熱電測定や磁場中の電気抵抗測定を行った。ガラス並に低い格子熱伝導率をもちながらも(図1a)、低温で20000cm2/Vsという非常に高い電子移動度を示すことが分かった。層の乱れが増大したにもかかわらず、移動度が90000cm2/Vsまで大幅に向上することも明らかとなった(図1b)。単結晶に匹敵する値であり、化学的な乱れを有する多結晶体としては驚異的な数値であるといえる。軌道からなる価電子バンドはほとんど伝導に寄与しないことが分かった。ナノシートからなる自然超格子構造によって実現した新しいタイプの高性能熱電材料であるといえる。熱電性能を示す指標の一つとして、ゼーベック係数の二乗に電気伝導率をかけた出力因子(パワーファクター)が使われるが、これは単位温度差あたりの発電電力に相当する。室温以下の広い温度領域でビスマス-テルル系熱電材料と同程度の出力因子を持っており、室温近傍から100K(-173°C)以下の低温領域まで高い値を示している(図2)。今後さらなる化学置換・ナノ構造制御を行うことで、体温のような室温程度の熱を利用した発電機や、高い冷却能力をもったペルチェ式クーラーとして応用できる可能性がある。ヘリウムより軽い超軽量カーボンエアロゲルを開発UCLA、酸化ニオブを用いた高性能スーパーキャパシタ材料を開発。新型マイクロ電池、イリノイ大が開発次の投稿IBM、2000倍集光が可能な太陽光熱利用システムを開発。理研、室温スキルミオン格子の構造転移を発見MIT、チェレンコフ放射によるグラフェンの電気-光変換現象を解明いま人気の記事アイトリックス、グラフェンの海外向けサンプル販売を開始スタンフォード大ら、電子の配置を自由に設計できる新技術開発。定番記事マックス・プランク研究所ら、絶対零度より低温の気体を実証。