磁性体を用いて热から発电を可能にする新技术 反强磁性体での巨大な异常ネルンスト効果の発见
マンガン合金惭苍3厂苍における异常ネルンスト効果
（补）磁化と温度勾配にともに垂直方向に起电力が発生します。この结果、（产）に示す微小な自発磁化の発生とともに大きな异常ネルンスト効果が现れます。
© 2017 冨田崇弘
东京大学物性研究所の中辻知教授と理化学研究所らの研究グループは、反强磁性体マンガン合金（惭苍3厂苍）において异常ネルンスト効果と呼ばれる巨大な磁気热电効果を発见しました。磁性体での新たな热电性能の制御の手法を示すこの研究は、热电物质の将来の探索に有用なガイドラインを与えると期待されます。
この大きな异常ネルンスト効果は温度差を与えることでゼロ磁场でも自発的に现れる起电力です。これまで、异常ネルンスト効果は磁化に比例するものだと思われており强い磁化を持つ强磁性体では知られていましたが、磁化がゼロに近い反强磁性体でこれほど大きな効果は期待されていませんでした。
よく知られている异常ホール効果は一般的な强磁性体で见られる电流と直行して现れる电圧です。现代の电子输送理论によれば、今回注目された异常ネルンスト効果は、异常ホール効果とともに电子の量子力学的波动関数の持つベリー位相として知られている量により関係づけられています。このベリー位相が起源となりスピン构造が作る仮想磁场により、电子の动きに影响を及ぼすことができます。この理论に基づくと、反强磁性体においても、スピン构造を制御して非共线构造にすれば、大きな异常ホール効果が出现すると期待されていました。実际、东京大学の同グループはこの非共线构造を持つ惭苍3厂苍を用いて、世界で初めて反强磁性体においても强磁性体と同じかそれ以上の异常ホール効果を示すことを実験的に示しています。
东京大学物性研究所の研究グループは、新しく合成された纯良単结晶试料でこの异常ネルンスト効果を研究してきました。その结果、惊くべきことに、磁化のサイズに比べて従来期待されている100倍以上もの大きな异常ネルンスト効果を発见しました。この値は、强磁性体の最も高い値と同等です。また二つの异なる组成から得られる実験的な変化が、理化学研究所のチームが行った仮想磁场の起源となるワイル準粒子の存在によって与えられる计算结果と定量的に一致することが分かりました。もし、将来他の方法でこの物质のワイル準粒子の存在が确かめられれば、现在、世界的に探索が进められている磁気ワイル粒子の発见につながることが期待されます。
新しい热电材料として、この物质の异常ネルンスト効果は十分小さな磁化を持つため、非磁性半导体として知られている従来の热电素子と比べた実用性に兴味がもたれています。このネルンスト効果に基づく热电素子の利点は、従来のものより构造が简素化できる事にあります。また金属で柔软なため热源を効果的に覆うことができる点です。
「强磁性体で见つかった物と比べこのネルンスト効果は大きいが、一般的な目的のためにはまだ小さい」と中辻教授は述べています。彼は続けて、「しかしながらこの研究は磁性体の热电利用へ大きな可能性を示している。将来の新规热电物质へ発见への道は开かれている」と话しています。
本研究は、科学技術振興機構（JST） 戦略的創造研究推進事業 チーム型研究（CREST）「微小エネルギーを利用した革新的な環境発電技術の創出」研究領域における研究課題「トポロジカルな電子構造を利用した革新的エネルギーハーヴェスティングの基盤技術創製」並びに文部科学省 科学研究費補助金 新学術領域（研究領域提案型）「J- Physics：多極子伝導系の物理」の一環として行われました。
论文情报
, "Large anomalous Nernst effect at room temperature in a chiral antiferromagnet", Nature Physics Online Edition: 2017/07/24 (Japan time), doi:10.1038/nphys4181.
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