研究概要
熱電半導体では、高いエネルギー変換効率化のために大きなゼーベック係数をもち、電気は良く通すが熱は余り伝えない物質が要求され、これを指針として材料開発が行われています。本研究室では、電気抵抗測定のみで熱電材料の性能指数を評価できる装置開発を行い、熱電物性の測定を進めています。この過程で発見された新規熱電現象（非平衡-非線形定常状態）を利用し、従来とは異なる切り口から熱電変換材料の高効率化の試みを行っています。

研究成果 - ハーマン法による熱電性能評価装置の開発
　熱電変換物質の性能評価には、性能指数Z(=α²/ρκ)が用いられる。ここで、αはゼーベック係数、ρは電気抵抗率、κは熱伝導度である。従って、これら物理量(α、ρ、κ)を測定することによりZの見積もりが行われてきた。しかしながら、この手法には以下のようなデメリットがある。

• 電気抵抗率と熱伝導度およびゼーベック係数を同時に測定できないため、 　完全に同一の実験条件とはならない。
  
• それぞれの物理量を決定する際に、電極端子間距離や温度計間距離などの 　寸法誤差、また印加熱流量の見積もり誤差などがZに含まれる。

そこで、本研究室では、ハーマンによって提案された方法により性能指数を見積もることを試みた。ハーマンによると性能指数は、ZT=(R_dc/R_ac)-1で与えられて居る。従って、材料の直流及び交流電気抵抗を測定することで性能指数を見積もることが可能である。この方法のメリットとして以下の点が挙げられる。

• 同一セッティング測定
  
• "抵抗"測定のため、寸法誤差が生じない
  
• Zのみならず、熱電性能評価全般への拡張が可能

研究成果 - 非平衡非線形定常状態の観測
　通常、定常状態において試料内の温度分布は一定の温度勾配をもつと考えられている。しかしながら、ハーマン法を用いて熱電変換物質p-(Bi,Sb)₂Te₃の試料内の温度勾配（言い換えると無次元性能指数ZT）を測定したところ、非線形な電圧端子間距離依存性が生じていることが分かった。これは、非線形な温度分布が観測され試料のエッジ近傍で温度勾配が急になっているという結果であり、非線形・非平衡状態が定常的に存在していることを意味している。