東北大学は2021年7月26日、東京大学、岩手大学と共同で、原子核の自転運動「核スピン」による熱発電を実証したと発表した。
環境の温度差から電気を作る熱電変換現象を活用した発電は、次世代のクリーンエネルギー技術の基盤要素として注目されている。熱電変換では、電子スピンの性質を利用したスピンゼーベック効果の発見により、大面積化や薄膜化の容易さなどの観点から、新しいタイプの熱電変換素子として期待されている。
今回の研究では、超低温域まで高いエントロピーを保持する核スピンに着目した。核スピンは電子スピンと比較してかなり低いエネルギーを持っており、絶対零度近辺の低温域でも揺らぎを続けることで、熱電変換を引き起こすことが可能だ。その核スピンの熱揺らぎをスピントロニクス技術によって電力に変換することに成功した。
今回の研究により、これまで磁気共鳴イメージング（MRI）の根幹要素として利用されてきた核スピンが、それ以外の発電という新たな領域に応用できることが示された。また、これまでの電子スピンに核スピンの概念を加えることで、超低温までの適用可能な熱電変換の可能性が開かれた。