電場と温度勾配が駆動する新しいホール効果の発見~キラル物質における特異な非線形熱電効果を実証~

2025-11-03 理化学研究所

Web要約 の発言:
理化学研究所などの共同研究チームは、キラル物質において電場と温度勾配の共存によって発生する新しい「非線形キラル熱電ホール効果」を世界で初めて実証した。対象物質はらせん構造を持つ半導体テルルで、電場と温度差を同時に加えると、両者に垂直な方向に電圧が生じ、その符号が結晶の掌性(右手系・左手系)で反転することが確認された。この現象は従来の磁場によるホール効果とは異なり、量子幾何的な電子構造に起因する新しい熱電輸送の形態である。成果は、熱流制御や廃熱発電デバイスなどの次世代熱電技術の開発に寄与する可能性を持つ。

電場と温度勾配が駆動する新しいホール効果の発見~キラル物質における特異な非線形熱電効果を実証~
キラル熱電ホール効果の模式図(▽T:温度勾配、E:電場、JNCTE:ホール電流)

<関連情報>

テルルにおける非線形カイラル熱電ホール効果の観測 Observation of the nonlinear chiral thermoelectric Hall effect in tellurium

Tetsuya Nomoto,Akiko Kikkawa,Kazuki Nakazawa,Terufumi Yamaguchi & Fumitaka Kagawa
Nature Physics  Published:03 November 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41567-025-03073-7

Abstract

The nonlinear thermoelectric effect lies at the basis for certain thermoelectric phenomena, such as heat rectification and power generation using thermal fluctuations. Recent theoretical advances have indicated that chiral materials can display exotic nonlinear thermoelectric transport arising from inversion-symmetry breaking. However, an experimental demonstration has yet to be achieved. Here we report the observation of the nonlinear chiral thermoelectric Hall effect in chiral tellurium at room temperature, where a voltage is generated as a cross product of the temperature gradient and the electric field. The resulting thermoelectric Hall voltage is of the order of microvolts, consistent with the prediction from ab initio calculations. Furthermore, the sign of the thermoelectric Hall voltage depends on the chirality of the crystal, highlighting the functionality of controlling the sign of the thermoelectric effect through chiral degrees of freedom. Our findings reveal the potential of chiral systems as nonlinear thermoelectric materials for advanced thermal management and energy harvesting.

0403電子応用
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