【プレスリリース】世界初の核の自転を利用した熱発電 － 熱エネルギー利用技術・スピントロニクスに新たな可能性 －
2021.07.26
東京大学大学院工学系研究科の吉川貴史助教、東京大学大学院工学系研究科／東北大学材料科学高等研究所の齊藤英治教授らを中心とする研究グループは、東京大学大学院総合文化研究科の塩見雄毅准教授、東北大学材料科学高等研究所の高橋三郎学術研究員、岩手大学理工学部物理・材料理工学科の大柳洸一助教らと共同で、原子核の自転運動である「核スピン」を利用した新しい熱発電を実証しました。
環境の温度差が電気を作り出す現象のことを熱電変換現象と呼びます。熱電変換現象の歴史は古く、１８２１年のゼーベック効果の発見以降、２００年にわたって世界中で盛んに研究が行われてきました。熱電変換現象を利用すれば、排熱から電気エネルギーを創出する熱発電が可能であり、次世代のクリーンエネルギー技術の基盤要素として注目されています。これまで本現象はパワーデバイス、熱センサー、冷却技術等へ応用されてきましたが、その発現原理は全て物質中の電子が担ってきました。しかしながら、電子に基づく熱電変換は、低温域で電子の動きが凍結することによって、その効率が劇的に抑制されてしまいます。この問題ゆえに、熱電変換デバイスの適用範囲は高温域（典型的には室温以上）に制限されてきました。
今回、吉川助教らは、物質中の原子核がもつ自転の性質である「核スピン」を利用した新しい熱電変換現象を実証しました。核スピンは、電子の動きが完全に凍結する絶対零度（?273.15℃）付近の超低温域でも、電子に比べて極めて小さなエネルギーで熱揺らぎをしています。この熱揺らぎをスピントロニクス技術を利用することで電力に変換することに成功しました。この発見により、２００年間、電子制御に限られていた熱電変換に原子核スピンの概念が加わり、絶対零度に迫る超低温まで応用可能な新しい熱電変換分野の扉が開かれました。
本研究成果は、英国科学雑誌「Nature Communications」に２０２１年７月１６日（英国時間）に掲載されました。
※本研究成果の詳細は、以下のプレスリリースをご覧ください。