東京大学 物性研究所の酒井 明人 助教、Taishi Chen 特任研究員、肥後 友也 特任助教、東京大学 大学院理学系研究科 物理学専攻・物性研究所およびトランススケール量子科学国際連携研究機構の中辻 知 教授らの研究グループは、金沢大学の見波 将 博士後期課程大学院生（研究当時）、石井 史之 准教授（理化学研究所 客員研究員）、東北大学 大学院理学研究科 物理学専攻の是常 隆 准教授、東京大学 大学院工学系研究科の有田 亮太郎 教授（理化学研究所 チームリーダー）、物性研究所・トランススケール量子科学国際連携研究機構の三輪 真嗣 准教授らの研究グループと協力して、鉄を含む汎用材料で鉄単体より20倍大きな磁気熱電効果（＝異常ネルンスト効果）が得られることを発見した。
磁気熱電効果は、従来の熱電変換と異なり、温度差と垂直方向に発電し、大面積化やフレキシブル化が容易で、高効率で発電が行えるという利点を持つ。
今回、同研究により、鉄にアルミやガリウムといった元素を添加することで、鉄単体の場合より20倍大きな磁気熱電効果が得られることを発見した。
特に鉄やアルミは地球上の資源として豊富で、廉価な材料であり、このような汎用材料での巨大な磁気熱電効果の発見は、その実用化に向けて大きなブレイクスルーとなる。また、同一面積・温度差あたりの発電量は従来技術を凌駕しており、薄膜型デバイスへの発展が期待される。
同研究開発における材料探索には、まず、東北大学を中心として第一原理計算を用いた磁気熱電効果を自動的に計算するハイスループット計算手法を開発し、磁気熱電効果の理論値をデータベース化した。
その中から、安価かつ工業的にも利用しやすい鉄系材料に着目して材料の作製と実験を行った。その結果、同材料の発見につながった。
また、この材料の性能理解のため、金沢大学および理化学研究所で電子状態の詳細な解析が行われた。その結果、ノーダルウェブと呼ばれるトポロジカルなバンド構造に由来していることが分かり、今後の材料開発の指針が明らかとなった。
同成果により磁気熱電効果を利用した熱電変換デバイスの開発が加速し、ＩｏＴ機器の自立電源などに利用されることが期待される。（科学技術振興機構＜ＪＳＴ＞）
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