【物性物理学】磁場の付加により熱流の方向が変化する現象（熱ホール効果）を理論的に解明 [転載禁止]©2ch.net

2014年12月15日ニュース「熱流が磁場で変わる現象を理論で解明」 | SciencePortal
http://scienceportal.jst.go.jp/news/newsflash_review/newsflash/2014/12/20141215_03.html

日本原子力研究開発機構 プレスリリース
http://www.jaea.go.jp/02/press2014/p14121201/
http://www.jaea.go.jp/02/press2014/p14121201/02.html
http://www.jaea.go.jp/02/press2014/p14121201/03.html


磁場を利用して熱の流れを制御できる可能性を示す新理論が誕生した。絶縁体を流れる熱流が磁場によって向きを変える特異な現象を、日本
原子力研究開発機構・先端基礎研究センターの前川禎通(まえかわ さだみち)センター長、森道康(もり みちやす)グループリーダーらが理論的
に初めて解明した。この現象が、非磁性絶縁体にごくわずかに含まれる磁気を持った磁性イオンによる原子の振動の散乱であることを突き止め
た。

2つの磁石の双極子が互い違いに並んだ状態の四重極モーメントと原子の振動の相互作用を用いて熱伝導度の計算をした結果で、熱電素子
の性能向上や熱の効率的利用に道を開く理論として注目される。オーストラリアのニューサウスウェールズ大学のオレグ・スシュコフ教授、シド
ニー大学大学院生のアレックス・スペンサースミスさんとの共同研究で、12月15日付の米物理学会誌フィジカル・レビュー・レターズのオンライン
版に発表した。

水や電気の流れは、水路や電気回路で制御でき、その機能を発揮する。しかし、熱の流れは、温度の高いところから低いところへ拡散していき、
コントロールが非常に難しい。電気を通さずに磁気を持たない非磁性絶縁体のTb3Ga5O12(テルビウムガリウムガーネット)に温度勾配を与えて、
その垂直方向に磁場を加えると、双方に対して垂直方向に熱が流れる。これは、熱流が磁場で向きを変えることを意味しており、「熱ホール効
果」と呼ばれている。フランスのグループが2005年に発見したが、なぜ起きるかは謎だった。

研究グループは四重極モーメントの特殊な電子状態に注目した。Tb3+イオンの四重極モーメントと原子の振動の相互作用から熱伝導度の計算
をした。Tb3+イオンの電子の向きが互い違いに均衡している四重極モーメントの状態に対して、磁場を加えると、均衡がわずかに崩れて、原子
の振動の伝播である熱の流れの向きが変わることを示した。この理論計算の結果は、絶対温度5度(−268℃)前後の低温での実験結果の値と
よく一致した。また、熱ホール効果が温度依存性を計算したところ、温度が上がるとともに増加することも確かめた。

前川禎通センター長は「この理論で熱ホール効果の謎をほぼ解明できた。磁場で熱の流れを変える効果を大きくするには、どういう元素を使い、
絶縁体の構造をどう設計したらよいか、の指針になる。固体中で熱を制御できると、電子デバイスのエネルギー使用効率の向上につながる。将
来的には、熱を効率的に使うのに貢献するだろう」と話している。


http://scienceportal.jst.go.jp/news/newsflash_review/newsflash/img/141215_img2_w500.jpg
図1. 熱流が磁場で曲げられるイメージ図

http://scienceportal.jst.go.jp/news/newsflash_review/newsflash/img/141215_img3_w500.jpg
図2. 磁場によって出ていく熱流の均衡が崩れる様子。左図は、入ってきた熱流が、左右均等に出ていく様子。右図は、磁場がかかったため、
磁性イオンの状態が変化して、右側に出ていく熱流が増加し、左側に出ていく熱量は減少した様子を表す。
(いずれも提供：日本原子力研究開発機構)

四極子モーメントレベルでの解析で説明できるもんだったんだこれ

では、温度勾配の中からは磁場を発生させることはできるの？

>>3
磁気ゼーベック効果

さっぱりわからんがなんかワクワクする

熱が何なのか理解していない日本原子力研究開発機構でした
お終い

これ、熱の効果的利用に結びついたらすごいな。

エアコンやヒーターがいらなくなる

>>8
違う。
今までと違う原理で実現できるようになるが正しい。

温暖化詐欺死亡寸前

>>1
>>非磁性絶縁体にごくわずかに含まれる磁気を持った磁性イオン

そもそも非磁性絶縁体じゃなかった、ってことだね？

目指すは、マクスウェルの悪魔の実用化ですね？

>>11
非磁性という言葉は「強磁性に非ず」を意味してます

極端に言うと、世の中に磁性の無い物質は存在しません

>>13
磁気相互作用をしない素粒子は・・・

熱は枯野をかけ廻る

「電子の運動が磁場で阻害されたら、熱伝導に影響が出る」そういうこと？

>>13
だったら、弱磁性という表現を使うべきだよな
使わないのは何故？

熱の移動＝プラズマ
国際熱核融合炉で使われているトカマク型で例えれば一目瞭然ですよｗ
プラズマを磁場で弾き返し、装置を保護した磁場とね

夏場は磁石を持ってると涼しい、と言うことですね

>>17
絶縁体とか断熱も似たようなもんよ

ゼーベック効果：温度差により電圧（磁場）が発生。1821年発見
ペルティエ効果：ゼーベック効果の逆。電圧により熱が吸収・放出。1834年発見
熱ホール効果：温度差＋磁場により熱の向きが変わる。2005年発見

熱ホール効果の発見までがやたら長い。

　

実に面白い・・・さっぱり分からない！

やっぱり最近の異常気象は磁極のポールシフトが原因だったか。。

>Tb3+イオンの電子の向きが互い違いに均衡している四重極モーメントの状態

磁気双極子二個が隣接してるだけなら四重極モーメントでいいけど、これ結晶じゃねーの？

なんで、四重極モーメント？

>>21
日本発のスピンゼーベック効果をお忘れでは？
2008年だけど

>>23
地球の磁場が地球の熱に影響するのかまだ分からないけどな。

>>13
さらっと嘘吐くなよ

>>27
強磁性 反強磁性 常磁性 反磁性

【物性】磁気の波を用いた熱エネルギー移動に成功　-東北大学
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1367152742/
【超伝導】東工大、磁場中の高温超伝導の実態を明らかに･･･予想に反して量子臨界点が2つ存在
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1400544650/

【物理】超伝導ゆらぎによる巨大熱磁気効果発見/京都大など(c)2ch.net
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1417967566/
【材料】NIMSと東大、原子層超伝導体に形成されるジョセフソン接合を発見(c)2ch.net
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1418662520/

>>13
非磁性って普通は電子の磁気モーメントを打ち消し合ってる状態を言うのでは
Cu2+なら3d9でS=1/2だが隣のZn2+なら3d10でS=0とか

その通り

またプラズマ宇宙論の大勝利か

>>22
たぶん磁場ニャンのしわざだよ

太陽電池も、静磁場を外部から加えることで、電子とホールの分離により
発電効率の改善ができないかな。

>>34
ローレン力がホール・電子の分離を促進することはありません

フレミング左手の法則を思い出してみましょう

これで凄いPCファンが作れるとかかな

磁場に沿って荷電粒子は磁束に巻き付くようにらせん運動をしてそちらの方向に
流れて行く。そういうことがなければ、空間をどちらの方向にも向かいうる。
だから、電流や熱流を運ぶ担い手として電子や正孔などの荷電粒子が磁場が
あれば、それに沿っての方向には移動しやすくなるだろう。

>>37
太陽電池では、正孔・電子はそれぞれ反対方向へと運動するのだから
磁場を掛けても分離を促進することにはなりません。

反対方向に運動しなくちゃ電池にならないのでは？

>>39
その「電子と正孔とが反対方向に運動しなくちゃ電池にならない」太陽電池では
磁場をどのようにかけても、効率の改善にならんって言ってるんだよ

果たしてそうだろうか？　光を受けて飛び出した電子と正孔が磁束に巻き付くように
反対方向に走れば、立体角で無方向に飛び出すよりも方向が制限されて有利に
はならないかな。運動エネルギーがｘ方向、ｙ方向、ｚ方向に分配されて
いるのに比べてｚ方向だけに向かえば理想的には３倍分御得になります
などということはないかな。（半導体内部で散乱されるので、理想からは
ほど遠いだろうけれども）

排他律やフェルミ球って知ってるか？

>>41
>立体角で無方向に飛び出す

これだけで、太陽電池の原理を全く理解してないのが丸わかり

>>36
ヒートパイプの伝達効率を上げることが出来るというのが正解っぽい。

冷却を、今までより洗練された方法でできるようになりそうだね。
かなり夢がありそうな技術。

>>32
磁場で光が曲がれば、でしょ？

気象コントロールにも使える技術。
簡単にハリケーンも起こせる。

悪用しないように、お祈り致します。

エンジンやモーターや冷却器の熱効率が飛躍的に進歩しそうだな

>>44
熱の制御ができるようになるといいんだが
これってどのくらい見込みある技術になりそうなんかな？
熱の扱いはあまりにもどの業界でも無視されすぎてるから
うまく行けば相当おいしいと思う

高効率のエアコンが出来る？

太陽のプロミネンスにも対抗できるのか

>>51
太陽のプロミネンスこそが、超高温プラズマ、磁場、磁力線による現象でしょう。

熱電対の逆?

うむ、わからん!。

MHD発電に繋がればよいが

昔は儂もMHD発電に期待していたけど電極劣化とかでモノになりそうにない。
熱電子方式とかPETEの方が良さそう。

【物理】ゼーベック・スピントンネル効果を発見-温度差だけで電子スピン情報がシリコンに伝わる新現象 産総研 画像あり
http://toki.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1309703787/
【物理】巨大スピンゼーベック効果は新しい熱エンジンの基盤になれるか？
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1342355900/
【ナノテク】MIT、熱を光のように扱う「サーモクリスタル」技術を提唱
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1358777193/
【物性】磁気の波を用いた熱エネルギー移動に成功　-東北大学
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1367152742/
【材料】将来のスマホ充電は体温で！？ CNTベースの熱電変換材料が有機系では過去最高の性能を達成
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【ナノ】銀ナノシートを有する層状化合物において超高電子移動度を実現−室温以下で動作する新しい熱電変換素子の開発に道
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【エネルギー】理論上カルノーサイクルで動作可能な波動エンジン（熱音響機関）を開発　300度で18%のエネルギー回生　発電や冷却が可能
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【電子工学】半導体中の電子スピンの向きを超音波により制御することに成功　NTT・東北大
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1306852766/
【物理】銅やアルミニウムで磁気の流れを生みだす原理を発見　レアメタルフリー磁気デバイス開発に道
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【材料科学】京大、物体の熱輻射を超高速で制御することに成功　スペクトル選択して従来比6000倍の速さでオン/オフ
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【物理】超伝導ゆらぎによる巨大熱磁気効果発見/京都大など(c)2ch.net
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1417967566/
【物性物理学】磁場の付加により熱流の方向が変化する現象（熱ホール効果）を理論的に解明 [転載禁止](c)2ch.net
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【電磁気学/エネルギー技術】光からスピン流を生成する新原理発見 [転載禁止](c)2ch.net
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1420973755/
【物理】東大、電子の形の量子揺らぎを媒介とした新しい超伝導を発見(c)2ch.net
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1418655599/

2011/5/9
太陽電池のライバル登場か
MITらが熱電変換と太陽熱で発電と湯水供給を同時に実現
http://www.nikkei.com/article/DGXNASFK0900O_Z00C11A5000000/
http://www.nikkei.com/content/pic/20110509/96958A9C93819499E2EBE2E29D8DE2EBE2E7E0E2E3E3E2E2E2E2E2E2-DSXZZO2817270009052011000000-PB1-4.jpg
今回の技術を家庭での太陽エネルギー発電と温水器に応用した際のイメージ（図：Boston College）

　米Massachusetts Institute of Technology（MIT）、熱電変換技術を開発する米GMZ Energy社、米Boston College、
そしてアラブ首長国連邦（UAE）のMasdar Institute of Science and Technologyの研究者から成る研究チームは、
熱電変換素子を用いたフラット・パネル型の太陽熱発電兼温水供給システムを開発した。発電だけでなくお湯も
同時に作る「熱電併給（コージェネレーション）」が可能で、発電の変換効率は5％前後である一方で、50℃前後の
お湯を作ることができる。
　技術の詳細については、学術誌「Nature Materials」に論文を発表した。
　論文によれば、今回の発電の変換効率は、従来の同様なシステムに比べて7〜8倍も向上した。今後は変換効率
10％超の実現も可能としている。さらに、製造コストを光電変換（PV）に基づく太陽電池より大幅に下げられる可能性
がある点や、温水を作製可能である点で、減価償却が太陽電池より大幅に短くなる可能性もあるとしており、
将来的には太陽電池の強力なライバルになる可能性がある。Boston CollegeのProfessor、Zhifeng Ren氏は、
日経エレクトロニクス誌の取材に対して、「発電出力に対する製造コストは、0.5米ドル/Wにすることが見込める。
温水も作れることを考慮すると、太陽電池と十分に競争できる」と回答した。

2012/10/4
京セラ、効率が高い車載用熱電変換デバイスを開発
http://www.nikkei.com/article/DGXNASFK04014_U2A001C1000000/
http://www.nikkei.com/content/pic/20121004/96958A9C93819499E2E6E2E3E68DE2E6E3E2E0E2E3E0E2E2E2E2E2E2-DSXZZO4689045004102012000000-PB1-5.jpg
写真1　京セラが開発した熱電変換デバイス

　京セラは「CEATEC JAPAN 2012」に、変換効率が高い車載用熱電変換デバイス「熱電発電素子」（写真1）を
出展した。熱電変換効率の指標となるZT値は「1に近い」（京セラの説明員）という。
　熱電変換デバイスは、半導体を利用して廃熱などで生じる温度差を電力に変換する素子。ZT値が、さまざまな
材料で作製された同素子の性能を示す共通の指標として用いられており、ZT値が1を超えるかどうかが実用化の
目安ともなっている。実験室ではZT値が1を超える例は多いが、実用化を目指したデバイスでZT値が1を超えた例は
少ない。

昭和電線ケーブルシステム、効率10倍の熱電発電デバイスの開発
2012/11/1
http://www.japanmetal.com/seihin/seihin3.php?id=313
9664、昭和電線、熱伝変換、出力密度、在来方式,2.2倍150w/1m2、新装置
http://blog.goo.ne.jp/thinklive/e/0115d3cdc406663067ad052d4312107c

熱電変換効率を10 倍に高めた熱電発電デバイスの開発に成功
http://www.swcc.co.jp/news/pdf/PRESS_RELEASE_121109.pdf
酸化物熱電変換モジュールの高出力化と耐久性評価
http://www.swcc.co.jp/company/development/pdf/review59/A2_59.pdf
　現在，エネルギー資源の枯渇が深刻な問題となっており，
原油価格の高騰も相まって，省エネルギー化による消費エ
ネルギー削減が重要課題となっている。また，温室効果ガ
スである二酸化炭素（CO2）は，化石燃料を燃焼した際に
多量に発生するため，地球温暖化を防止するためにも環境
への負荷が小さいクリーンエネルギーの活用が急務となっ
ている。近年，このようなエネルギー問題を解決する一つ
の手段として，未利用エネルギーを有効活用できる熱電変
換技術が注目されている。日本では年間に原油換算して数
億kl もの一次エネルギーを消費しているが，その約70 ％
は未利用のまま廃熱として大気中に放熱されている1）。
　しかし，この莫大な廃熱エネルギーは分散しており，回
収は非常に困難である。このような難題を解決できる技術
の一つとして，発電にスケール依存性がなく発電時にCO2
ガスを排出しない熱電変換素子が注目を集めている。