全球首次觀測成功！改變電流方向即可進行冷熱控制
日本國立研究開發法人物質材料研究機構（NIMS）與日本東北大學通過共同研究，觀測到了只需在磁性材料中改變電流方向即可進行加熱或冷卻的熱電轉換現象 「磁各向異性珀爾帖效應」，這是全球首次成功觀測到該現象。
<研究概要>
NIMS與東北大學共同觀測到了只需在磁性材料中改變電流方向即可進行加熱或冷卻的熱電轉換現象： 「磁各向異性珀爾帖效應」，這是全球首次成功觀測到該現象。為了通過熱電轉換現象實現加熱或冷卻，此前一直採用接合兩種不同物質的構造。此次通過研究驗證了新功能，即在未接合其他物質的單一物質中，僅通過其自身的磁性就能進行熱控制。儘管這是磁性材料的基礎熱電轉換現象，但此前一直未能觀測到這種磁各向異性珀爾帖效應，隨著首次成功確認這一現象，有望進一步促進熱電轉換的基礎應用研究。
在金屬和半導體中，電和熱可以相互轉換。這種現象被稱為熱電效應，具有代表性的例子就是通過電流進行加熱或冷卻的 「珀爾帖效應」。珀爾帖效應雖然是在約200年前發現的現象，但為了進一步實現計算機的節能化等，目前全球仍在推進旨在提高熱電轉換效率和通用性的研究。
此次以NIMS為中心的研發小組利用名為 「鎖相熱成像法」 的熱測量技術，詳細測量了磁性材料中有電流流過時的溫度變化。觀察發現，根據磁性材料的磁化方向和電流流動方向構成的角度，珀爾帖效應的性能會發生變化。在磁性材料中，通過電子的自旋（磁性）效應將溫度差轉換為電力的塞貝克效應會隨著磁化方向發生變化，這種現象以前就已經發現，但其逆向過程，即各向異性磁珀爾帖效應則是在此次研究中首次被觀測到。
利用磁各向異性珀爾帖效應，只需改變磁性材料中電流的流動方向，或者形成不同的磁化分布，就能通過熱電效應實現溫度控制，無需接合兩種不同物質。今後計劃探索和開發具有強大的磁各向異性珀爾帖效應的磁性材料，將其應用於有助於提高電子設備效率，實現節能化的熱管理技術。
本研究由日本物質材料研究機構 (NIMS) 磁性自旋電子學材料研究基地自旋能源小組的內田健一組長和井口亮研究員，與東北大學材料科學高等研究所金屬材料研究所的研究生大門俊介（現為東京大學助教)及教授齊藤英治（現為東京大學教授）共同完成。另外，本研究獲得了JST戰略性創造研究推進事業CREST (JPMJCR17I1)、JSPS科學研究費補助金基礎研究(A) (JP15H02012)的支援。
此次的研究成果已於日本時間2018年5月22日0時 (英國時間5月21日16時)發表於英國科學雜誌《自然》的在線版上。
圖1:觀測到的磁各向異性珀爾帖效應
文 客觀日本編輯部
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