도쿄 공업 대학 대학원 이공학 연구과의 마치다 요조교와 이자와 공일 교수들은, 유기 화합물(TMTSF) 2PF6(테트라메틸테트라세레나플루바렌염)의 저온의 반도체 상태에 있어서, 현재 가장 이용되고 있는 열전 변환 재료의 100배에 달하는 거대한 열전 효과를 발견했습니다.이번 연구는 이화여대(한국), 파리고등물리화학학교(프랑스)의 연구자와의 공동에 의한 성과입니다.
물질의 양단에 온도차를 주면 기전력이 발생하는 현상을 제벡 효과라고 하며, 이 효과의 크기를 제벡 계수 S[온도차 1K(절대 온도)당 발생하는 전압]으로 나타냅니다.제벡 효과는 배열 에너지를 전기 에너지로 변환(열전 변환) 가능한 기술로 주목받고 있으며 현재 제벡 계수가 큰 반도체를 중심으로 고효율 열전 변환 재료의 개발이 정력적으로 이루어지고 있습니다.
이 연구 그룹이 연구 대상으로 한 (TMTSF) 2PF6는 온도 변화에 따라 마이너스 261.15 ℃ (절대 온도 12K)로 금속에서 반도체로 변화하고, 또한 2 전자 사이에 작용하는 반발력 (쿨롱 상호 작용) 강한 강상관 전자 시스템의 유기 화합물입니다.이번에, 같은 물질의 제벡 계수를 극저온까지 정밀하게 측정하면, 같은 계수|S|는 전기가 매우 흐르기 어려운 극저온 하에서도 현저한 증대를 나타내고, 마이너스 273.05℃(절대 온도 0.1K) 부근에서는 40 mV/K와 거대한 값에 도달하는 것을 발견했습니다.이 값은 실리콘이나 게르마늄, 혹은 비스무트 텔루르(BiTe)계 등의 열전 변환 재료에 비해 10~100배 큰 것입니다.
이번 성과는 반도체의 열전효과가 저온에서 사라진다는 기존의 이론 예측을 뒤집는 새로운 메커니즘에 의한 신기한 현상이라고 합니다.이 발견에 의해, 향후의 큰 열전 효과를 발현하는 물질의 개발에 새로운 지침이 주어질 것으로 기대됩니다.
