物質・材料研究機構(NIMS)と科学技術振興機構(JST)の両者は11月30日、電流と熱流がそれぞれ直交する方向に変換される「横型熱電変換」の性能を磁場や磁性によって大幅に向上できることを実証し、さらに熱電材料と永久磁石を複合化することで、電流を流すことで冷却したり、熱から発電したりできる新たな機能性材料「熱電永久磁石」の開発に成功したことを共同で発表した。
横型熱電変換は、磁場や磁性によって発生する磁気熱電効果と、素子構造や電子構造の異方性によって生じる。素子構造の異方性で横型熱電変換を行うためには、2種類の導体を交互に積層・接合し、斜めに切断した複合材料の「人工傾斜型多層積層体」(ASML)が利用される。ASMLにおいては、構成材料の傾斜角度に依存して電気伝導・熱伝導が異方的になり、縦型熱電効果であるペルチェ効果を起源としつつも横型熱電変換が生じる「非対角ペルチェ効果」が生じるという。
磁石を使って、電流の印加で冷却したり、熱を電気に直接変換できれば、革新的な省エネ・創エネ技術につながることが期待される。しかし現状では、ASMLにおける横型熱電変換の最適化と永久磁石の導入を両立できていないため、永久磁石を組み込むと熱電変換性能が劣化してしまうことが課題だとする。ただし今回の研究により、磁石材料に高性能の電子冷却・熱電発電機能を付与するための手法と設計指針が確立されたことから、研究チームは今後、熱と電気を高効率に変換できる熱電永久磁石を創製するための物質・材料科学と、それを応用展開するためのデバイス技術開発が加速することが期待されるとしている。