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材料:In4Se3-δ結晶で高い熱電性能を得る手段としてのパイエルスひずみ

Nature 459, 7249 doi: 10.1038/nature08088

熱電エネルギー・ハーベスティング(廃熱の有用な電力への変換)は、エネルギー持続可能性に関して大きな関心を集めている。この変換における主な障害は、熱を電気に変換する材料の熱電効率が低いことであり、この効率は熱電性能指数ZTによって定量化される。中温(500〜900 K)熱電発電装置に利用可能な最良のn型材料は、1未満という比較的低いZTを示すため、この指数を高くする方法の発見に関心が高まっている。今回我々は、二成分系結晶性n型材料In4Se3-δが、バルク材料では非常に高い705 Kで1.48というZT値を実現することについて報告する。我々は、高分解能透過電子顕微鏡、電子線回折、第一原理計算を用いて、この材料が、電気・熱輸送において観測される大きな異方性の原因となる電荷密度波不安定性を持続させることを実証している。この高いZT値は、電荷密度波面における高いゼーベック係数と低い熱伝導率とに起因している。我々の結果は、電荷密度波によって誘発される固有のナノ構造バルク特性を利用する、高性能熱電材料探索の新しい方向性を示している。

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