WSi2の横型熱電変換を実証、次世代センサー技術の進展に貢献：研究開発の最前線

埼玉大学は東京理科大学との共同研究で、WSi2の横型熱電変換を実証した。ゼロ磁場かつ広い温度範囲で、既存のトポロジカル磁性体と同等の熱電効果を得られることが分かった。

[MONOist]

　埼玉大学は2024年11月26日、東京理科大学との共同研究で、二ケイ化タングステン（WSi₂）の横型熱電変換を実証したと発表した。ゼロ磁場かつ広い温度範囲で、既存のトポロジカル磁性体と同等の熱電効果を得られることが分かった。

　研究では、空間群I4/mmmの正方晶構造を持つWSi₂単結晶を作製し、室温以下の温度域におけるゼーベック係数、電気抵抗率、熱伝導率を計測した。その結果、結晶軸の向きの変化に伴うゼーベック係数の反転を確認。軸依存伝導極性を示すことが明らかとなった。

　熱電性能測定と第一原理計算の解析から、この軸依存伝導極性は、WSi₂が併せ持つ一次元的な電子フェルミ面と二次元的な正孔フェルミ面の構造による特性と考えられる。

WSi2のフェルミ面［クリックで拡大］ 出所：埼玉大学

　また、WSi₂の結晶軸から45度回転させた方向に温度勾配をかけた場合、横方向のゼーベック係数は室温で6μV/K。熱電材料の性能を表す無次元性能指数は、100K以上で約0.001となった。

無次元性能指数の比較［クリックで拡大］ 出所：埼玉大学

　温度勾配に直交する方向に起電する横型熱電変換は、温度や熱流を計測可能な次世代センサーへの応用が期待されている。ネルンスト効果を利用する従来の機構と比べて、軸依存伝導極性を持つ物質の活用は外部磁場が不要となるメリットがあり、軸依存伝導極性材料の探索、研究が進められていた。

　同研究成果は、温度や熱流を計測可能な次世代センサー技術への応用が期待される。

横型熱電メカニズムの比較。（左）ネルンスト効果の模式図、（右）軸依存伝導極性の模式図［クリックで拡大］ 出所：埼玉大学

⇒その他の「研究開発の最前線」の記事はこちら