東京大学,理化学研究所,東北大学,科学技術振興機構（ＪＳＴ）

令和４年１月１５日

東京大学
理化学研究所
東北大学
科学技術振興機構（ＪＳＴ）

カゴメ格子に由来する磁気熱電効果の増大機構の発見

～高機能磁気熱電変換材料の新たな物質設計指針へ～

ポイント

東京大学 大学院理学系研究科の見波 将 特任研究員、酒井 明人 講師、中辻 知 教授らの研究グループは、東北大学 大学院理学研究科の是常 隆 准教授（理化学研究所 創発物性科学研究センター 計算物質科学研究チーム 客員研究員）、東京大学 大学院工学系研究科の野本 拓也 助教（理化学研究所 創発物性科学研究センター 計算物質科学研究チーム 客員研究員）、平山 元昭 特任准教授（理化学研究所 創発物性科学研究センター トポロジカル材料設計研究ユニット ユニットリーダー）、有田 亮太郎 教授（理化学研究所 創発物性科学研究センター 計算物質科学研究チーム チームリーダー）らの研究グループと協力して、鉄を主とするカゴメ格子強磁性体Ｆｅ３Ｓｎにおいて巨大な磁気熱電効果（＝異常ネルンスト効果）が発現することを発見しました。加えて、第一原理計算を用いたコンピューターシミュレーションによる電子状態の解析の結果、ノーダルプレーンと呼ばれる特殊な電子状態が、カゴメ格子強磁性体Ｆｅ３Ｓｎにおける巨大な磁気熱電効果の起源となっていることが明らかとなりました。

磁気熱電効果の性能は、物質固有の電子状態や波動関数のトポロジーに由来する物理量（＝ベリー曲率）が一端を担っています。磁気熱電効果の増大機構はこれまで未解明の部分が多くありましたが、今回発見したカゴメ格子に由来するノーダルプレーンと呼ばれる電子状態により巨大なベリー曲率が誘起し、磁気熱電効果が増大していることが明らかとなりました。また、このような特異な電子構造はカゴメ格子構造を持つ磁気熱電材料に発現する可能性があります。本研究で発見したカゴメ格子に由来する磁気熱電効果の増大機構は、今後の高機能磁気熱電変換材料の新たな物質設計指針になると期待されます。

本研究成果は米国科学誌「Ｓｃｉｅｎｃｅ Ａｄｖａｎｃｅｓ」（２０２２年１月１５日）に掲載される予定です。

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）「トポロジカル材料科学に基づく革新的機能を有する材料・デバイスの創出」研究領域（研究総括：上田 正仁）における研究課題「電子構造のトポロジーを利用した機能性磁性材料の開発とデバイス創成」課題番号ＪＰＭＪＣＲ１８Ｔ３（研究代表者：中辻 知）、さきがけ「トポロジカル材料科学と革新的機能創出」研究領域（研究総括：村上 修一）における研究課題「第一原理計算に基づくトポロジカル磁性材料探索」課題番号ＪＰＭＪＰＲ２０Ｌ７（研究代表者：野本 拓也）、文部科学省 科学研究費補助金新学術領域「Ｊ－Ｐｈｙｓｉｃｓ：多極子伝導系の物理」課題番号１５Ｈ０５８８２（研究代表：播磨 尚朝）における研究計画班「Ａ０１：局在多極子と伝導電子の相関効果」課題番号 １５Ｈ０５８８３（研究代表者：中辻 知）、およびＪＳＰＳ科研費（ＪＰ１９Ｈ００６５０，ＪＰ２０Ｋ２２４７９，ＪＰ２１Ｈ０４４３７）の一環として行われました。

＜プレスリリース資料＞

＜論文タイトル＞

“Large anomalous Nernst effect and nodal plane in an iron-based kagome ferromagnet”
ＤＯＩ：10.1126/sciadv.abk1480

＜お問い合わせ先＞

（英文）“Large anomalous Nernst effect and nodal plane in an iron-based kagome ferromagnet”

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