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電流を曲げるだけで熱制御可能な「異方性磁気ペルチェ効果」を観測

~単一の磁性体のみで加熱・冷却できる新機能を実証~

国立研究開発法人 物質・材料研究機構 (NIMS)
国立大学法人 東北大学
国立研究開発法人 科学技術振興機構 (JST)

NIMSは、東北大学と共同で、磁性体中で電流を曲げるだけで加熱や冷却ができる熱電変換現象「異方性磁気ペルチェ効果」を観測することに世界で初めて成功しました。

概要

  1. NIMSは、東北大学と共同で、磁性体中で電流を曲げるだけで加熱や冷却ができる熱電変換現象「異方性磁気ペルチェ効果」を観測することに世界で初めて成功しました。熱電変換現象で加熱・冷却するためには、これまで2つの異なる物質を接合した構造が用いられてきましたが、本研究により、接合のない単一の物質において、その磁気的な性質のみによって熱制御できる新しい機能が実証されました。磁性体における基本的な熱電変換現象であるにもかかわらず未観測であった異方性磁気ペルチェ効果が初めて観測されたことで、熱電変換の基礎・応用研究がさらに活性化することが期待されます。
  2. 金属や半導体において、電流と熱流は相互に変換することができます。これは熱電効果と呼ばれ、代表的な例として電流で加熱・冷却するペルチェ効果が知られています。ペルチェ効果は200年近く前に発見された現象ですが、コンピュータのさらなる省エネルギー化などを目指して、現在でも世界中で熱電変換の効率や汎用性を向上させるための研究が進められています。
  3. 今回、NIMSを中心とする研究チームは、ロックインサーモグラフィ法と呼ばれる熱計測技術を用いて、磁性体に電流を流した際に生じる温度変化を詳細に測定しました。その結果、磁性体の磁化の方向と電流の流れる方向のなす角度に依存して、ペルチェ効果の性能が変化する振る舞いが観測されました。磁性体において、電子のスピン (磁気) の効果によって、温度差を電気に変換するゼーベック効果が磁化の方向に依存して変化する現象は以前から観測されていましたが、その逆過程である異方性磁気ペルチェ効果については本研究が初めての観測例になります。
  4. 異方性磁気ペルチェ効果を用いれば、磁性体中を流れる電流の経路を曲げたり、非一様な磁化分布を作ったりするだけで、物質の接合を作らずに熱電効果による温度制御を実現することができます。今後、大きな異方性磁気ペルチェ効果を示す磁性材料を探索・開発することで、電子デバイスの効率向上・省エネルギー化に資するサーマルマネジメント技術への応用を目指していきます。
  5. 本研究は、物質・材料研究機構 (NIMS) 磁性・スピントロニクス材料研究拠点 スピンエネルギーグループの内田健一グループリーダーと井口亮研究員、東北大学 材料科学高等研究所・金属材料研究所の大門俊介大学院生 (現 東京大学 助教) 、齊藤英治教授 (現 東京大学 教授) によって行われました。また本研究は、主にJST戦略的創造研究推進事業 CREST (JPMJCR17I1)、JSPS科学研究費補助金 基盤研究(A) (JP15H02012) の一環として行われました。
  6. 本研究成果は、日本時間2018年5月22日0時 (英国時間5月21日16時) に、英国科学誌「Nature」にオンライン掲載されます。

「プレスリリース中の図1:異方性磁気ペルチェ効果の観測」の画像

プレスリリース中の図1:異方性磁気ペルチェ効果の観測



掲載論文

題目 : Observation of anisotropic magneto-Peltier effect in nickel
著者 : Ken-ichi Uchida, Shunsuke Daimon, Ryo Iguchi, Eiji Saitoh
雑誌 : Nature
掲載日時 : 日本時間2018年5月22日0時 (英国時間5月21日16時)
DOI:10.1038/s41586-018-0143-x


本件に関するお問合せ先

(研究内容に関すること)
国立研究開発法人 物質・材料研究機構
磁性・スピントロニクス材料研究拠点 スピンエネルギーグループ グループリーダー 
内田 健一 (うちだ けんいち)
TEL: 029-859-2062
FAX: 029-859-2701
E-Mail: UCHIDA.Kenichi=nims.go.jp
([ = ] を [ @ ] にしてください)
(報道・広報に関すること)
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経営企画部門 広報室
TEL : 029-859-2026
FAX : 029-859-2017
E-Mail: pressrelease=ml.nims.go.jp
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FAX: 022-217-5129
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([ = ] を [ @ ] にしてください)
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FAX: 03-5214-8432
E-Mail: jstkoho=jst.go.jp
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(補助事業に関する問い合わせ先)
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戦略研究推進部 グリーンイノベーショングループ
〒102-0076 東京都千代田区五番町7 K’s五番町
中村 幹 (なかむら つよし)
TEL: 03-3512-3531
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