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2025-12-02 08:34:00
イオン熱電冷却
大阪大学、東京大学、日本の産業技術総合研究所の研究者らは、 イオン熱電冷却 ナノスケールチャネルを通るイオンの流れを駆動することで冷却を強化するチップ向けの戦略。
「私たちは半導体膜にナノサイズの細孔を作製し、そのナノ細孔をナノワイヤーの形の『ゲート』で囲みました。ゲートに電圧を印加すると、ナノ細孔を通るイオンの流れが誘導されました」と大阪大学の筒井真楠准教授は声明で述べた。 「電圧を変化させると、ナノポアの表面電荷が変調されました。」
このアプローチはペルチェ技術に似ています。負の印加電圧により、正に帯電したイオン (カチオン) のみを透過する負に帯電したナノ細孔が形成されました。各イオンは、その電荷とともに一定量の熱を引きずります。この技術を実証するために、研究チームはナノポアの周りの塩水に濃度勾配を作成して、カチオンの輸送を一方向に駆動し、ナノポアから熱を排出した。印加電圧を反転すると、ナノ細孔表面が正になり、陰イオン（陰イオン）のみが透過できるようになり、システムが冷却から加熱に切り替わりました。
「電圧誘起イオン輸送によって引き起こされる温度変化をマッピングするために、材料内の穴、つまりナノ細孔の隣にナノスケールの熱電対を配置しました」と大阪大学の河合知治教授は声明で述べた。 「加熱から冷却に切り替えると、温度が 2 K 以上低下しました。イオン熱伝達は入力電力と使用されるイオン種に依存することがわかりました。」 [1]
鉛フリー強誘電体
アーカンソー大学、ノースカロライナ州立大学、コーネル大学、ドレクセル大学、スタンフォード大学、ペンシルベニア州立大学、アルゴンヌ国立研究所、オークリッジ国立研究所の研究者らが、 鉛フリー強誘電体 化学的な調整ではなく、エピタキシャルひずみを通じて使用できる材料です。
研究チームは、室温で複雑な結晶基底状態構造を持つ無鉛強誘電体材料であるニオブ酸ナトリウム（NaNbO3）の薄膜をチタン酸ストロンチウム基板上に成長させた。ひずみは、ニオブ酸ナトリウムの原子構造が基板の構造に合わせようとして収縮および膨張するときに発生します。このひずみにより、ニオブ酸ナトリウムは同時に 3 つの相を示し、より多くの境界を作成することで材料の有用な強誘電特性が最適化されました。
「ニオブ酸ナトリウムで非常に注目すべき点は、長さを少し変えると、相が大きく変化することです」とアーカンソー大学物理学の特別教授、ローラン・ベレーシュ氏はプレスリリースで述べた。 「正直に言うと、私が期待していたのは、菌株を変えると、ある段階から別の段階に移行するということです。しかし、同時に 3 つの段階に移行するわけではありません。これは重要な発見でした。」
この作業は室温で行われました。次に研究者らは、ニオブ酸ナトリウムが-270℃から1,000℃の極端な温度においても同様にひずみに反応するかどうかを調査する予定である。 [2]
マグノンからの電気信号
デラウェア大学とメリーランド大学の研究者は、コンピュータ シミュレーションを使用して、 マグノンズ 彼らは反強磁性体中で動作し、マグノンの動きが検出可能な電気信号を生成できることを発見しました。
「今回の結果は、マグノンが作り出す電気分極を測定することでマグノンを検出できると予測している」とUD工学部材料科学工学部教授のマシュー・ドティ氏は声明で述べた。 「さらに興味深いのは、光の電場を含む外部電場を使用してマグノンの動きを制御できる可能性です。従来のワイヤをマグノンチャネルに置き換える将来のデバイスは、はるかに高速に、より少ないエネルギーの無駄で情報を送信できる可能性があります。」
「私たちは、軌道角モーメントがマグノン輸送にどのように寄与するかを理解するための数学的枠組みを開発しました。マグノン軌道角モーメントが材料中の原子と相互作用すると、電気分極が生じることを発見しました」とUDのハイブリッド・アクティブ・アンド・レスポンシブ材料センターの博士研究員D. Quang To氏は声明で述べた。 「私たちのフレームワークは、研究コミュニティがマグノンの行動を予測し、操作できるようにする強力なツールを提供します。」
研究者らは現在、予測された効果を検証するための実験を行っており、マグノンがどのように光と相互作用するかを調査して、光の軌道角モーメントをマグノンの輸送や検出の制御に利用できるかどうかを調べる計画を立てている。 [3]
参考文献
[1] 筒井正人、横田和也、W.-L.スーら。固体ナノ細孔におけるゲート調整可能なイオン熱電冷却。 ACS Nano の記事を早急に。
[2] R. ガンバリ、H. KP、K. パテル、他ひずみ誘起の鉛フリーの形態特異的相境界。 Nat Commun 16、7766 (2025)。
[3] DQ To、F. Garcia-Gaitan、Y. Ren、他マグノン誘起電気分極とマグノンネルンスト効果、Proc.国立アカド。科学。米国 122 (43) e2507255122、
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