電子デバイスの廃熱から高効率に熱電変換する技術を開発~「朝永ラッティンジャー液体」の活用で実現~

2025-10-02 東京科学大学

Web要約 の発言:
東京科学大学の藤澤利正教授らとNTT物性科学基礎研究所の共同研究チームは、電子デバイスの廃熱を高効率に電力へ変換する新技術を開発した。相互作用する一次元電子系「朝永ラッティンジャー液体」に廃熱を流し込み、熱平衡に至る前の非熱的状態を利用して離れた熱電機関に輸送することで、カルノー効率など従来の熱力学的上限を超える変換効率を実証した。これにより量子コンピュータや各種電子デバイスから発生する廃熱を電力として有効利用でき、環境負荷低減に寄与する技術として期待される。成果は英科学誌 Communications Physics に掲載。

電子デバイスの廃熱から高効率に熱電変換する技術を開発~「朝永ラッティンジャー液体」の活用で実現~
研究概要のイメージ図

<関連情報>

非熱的朝永・ラッティンジャー液体からの効率的な熱エネルギー変換 Efficient heat-energy conversion from a non-thermal Tomonaga-Luttinger liquid

Hikaru Yamazaki,Masashi Uemura,Haruhi Tanaka,Tokuro Hata,Chaojing Lin,Takafumi Akiho,Koji Muraki & Toshimasa Fujisawa
Communications Physics  Published:30 September 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s42005-025-02297-6

Abstract

Energy harvesting is a technique that generates useful work from waste heat. Conventional energy harvesters acting on local thermal equilibrium states are constrained by thermodynamic limits, such as the Carnot efficiency. Quantum heat engines with non-thermal reservoirs are expected to exceed such limits. Here, we demonstrate energy harvesting from a non-thermal Tomonaga-Luttinger (TL) liquid in quantum Hall edge channels, where the non-thermal state is naturally formed due to the absence of thermalization. The scheme is tested with a quantum-dot energy harvester working on a non-thermal TL liquid supplied with waste heat from a quantum-point-contact transistor. Compared to the quasi-thermalized TL liquid, the non-thermal state prepared under the same heat is capable of a larger electromotive force and higher conversion efficiency. These characteristics can be understood by considering a binary Fermi distribution function of the non-thermal state induced by entropy-conserving equilibration. TL liquids are attractive non-thermal carriers for excellent energy harvesting.

0402電気応用
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