量子効果を利用した新熱電性能向上法の構築 (Developing new methodology of thermoelectric performance using quantum confinement effect)

研究の概要

熱電変換は、新たな持続可能エネルギー源の一つとして注目されています。超高熱電性能を実現する一つの方策として、量子効果の利用があります。例えば、二次元電子ガス（2DEG）は、その特徴的な電子状態密度に由来して、高ゼーベック係数を示すため、大幅な熱電出力因子向上が期待できます。本研究では、量子井戸の違いに注目し、従来の１つのサブバンドではなく複数のサブバンドを有する2DEGを作製して、熱電性能が大幅に向上する新方法論を実証しました。複数のサブバンドを形成可能な三角量子井戸（GaAs/InGaAs）を作製し、その熱電特性を取得したところ、サブバンド数増加に伴ってゼーベック係数の増大が観測されました。これは、高エネルギーの複数の電子伝導パスに起因する新物理現象です。また、三角量子井戸に変調ドープを施すことで、高電子移動度も同時に実現しました。この変調ドープした複数サブバンドを有する2DEGは、従来よりも４倍高い出力因子増大率をもたらしました。さらに、本三角量子井戸を積層することにより、2DEGデバイスの高出力化に成功しました。

ビジョン

超高熱電性能化によって高変換効率が実現することで、身の周りのIoTセンサ等を駆動する環境低負荷なクリーン電源としての社会応用が期待されます。これは、見守りシステム、遠隔操作等といった分野での利用が見込まれます。熱電電源の普及が加速すれば、気候変動の具体的な対策の一つとして、社会貢献することが期待できます。

その他

熱電電源は、新しいクリーンエネルギーのひとつであるため、目標７の達成に大きく貢献します。

担当研究者

中村　芳明、石部　貴史（ 基礎工学研究科 ）

キーワード

薄膜熱電材料／量子効果／二次元電子ガス／ナノ構造／界面制御

応用分野

熱電変換、熱制御素子

連絡先

基礎工学研究科
中村　芳明　nakamura.yoshiaki.es@osaka-u.ac.jp