日本國立研究開發法人物質材料研究機構（NIMS）與日立製作所公司在較弱的強磁性金屬合金中發現，在失去磁性的溫度臨界點附近，焦熱電性能呈現出顯著提高。這是首次有研究結果表明強磁性材料的磁性變化會使焦熱電性能大幅提高的現象，有望成爲設計高效率焦熱電材料的新指南。
此次製作的強磁性合金樣品
將熱量轉換成電力的焦熱電轉換技術可用於工廠等的廢熱利用以及向IoT器件供電等，全球都在研發擁有高轉化效率的焦熱電材料。但由於材料的焦熱電性能與很多物理性質有關，特性並不容易提高。因此，需要有超越現有框架的新開發指南。此前NIMS觀測發現，透過向沒有磁性的焦熱電材料中添加磁性元素，作爲焦熱電材料發電量指標的輸出因子會增加，因此着眼於磁性與焦熱電性能的相關，展開了旨在提高焦熱電性能的研究。
此次，研發小組將研究物件擴大到材料自身也有磁性的金屬材料，對焦熱電性能進行了調查，在強磁性材料的合金中觀察到了焦熱電性能顯著提高的現象。研究發現，這種強磁性材料是含鐵（Fe）、釩（V）、鋁（Al）和硅（Si）的弱強磁性合金，在強磁性轉變溫度（Tc）附近非常大的溫度範圍内均觀察到了焦熱電性能提高的現象，尤其是Tc接近室溫時，在Tc附近的溫度下，轉化效率最大可提高2倍左右。終極因數被認爲是，金屬強磁性材料特有的「自旋波動」具有高效率吸收熱量並將其轉換成電子能量的性質。
此次的發現表明，可以利用在室溫顯示出強磁性的物質製作高效焦熱電材料。今後，透過將該效果應用於電子狀態計算和資料驅動型材料探索，有望加速高性能焦熱電材料的開發，促進在日常生活中利用的熱電發電元件。
相關研究成果已於2019年2月22日發佈在《Science Advances》雜誌上。
文 JST客觀日本編輯部
