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» 2015年11月05日 12時00分 UPDATE

100nVの電気信号が!!:液体金属を細管に流すと発電できることが判明 (1/2)

東北大学教授の齊藤英治氏らは2015年11月3日、液体金属柱の電子の自転運動を利用した新しい発電法を発見し、実証したと発表した。

[竹本達哉,EE Times Japan]

液体金属中でのスピン流の生成に成功

 直径数百ミクロンの細管に液体金属を流すことで、発電できることが明らかになった。

 東北大学 原子分子材料科学高等研究機構/金属材料研究所 教授の齊藤英治氏ら*)は2015年11月3日、液体金属柱の電子の自転運動を利用した新しい発電法を発見し、実証したと発表した。

 電子が持つ電気と磁気のうち、磁気は「スピン」と呼ばれる電子の自転運動が起源だ。昨今ではこの電子の自転運動を制御し、磁気の流れ(スピン流)を生み出せるようになった。スピン流を流す際に発生する熱量は電流と比較して極めて小さく、このスピン流を電子デバイスに利用することで、省エネ化を図ろうとする動きがある。

 スピン流の生成、制御は、電子スピンの相互作用を利用する。既に、電磁場、熱、音波などとの相互作用を通じて、さまざまなエネルギーをスピン流に変換する技術が存在する。しかし、こうしたスピン流の利用は、これまで固体物質中に限られ、水銀やガリウム合金といった液体金属でのスピン流を生成、制御できるかどうかは分からなかった。

 そうした中で東北大学の齊藤氏らの研究グループは、流れる液体金属中に電子のスピン流を生み出す方法を発見した。

細管に液体金属を流すイメージ図 細管に液体金属を流すイメージ図 (クリックで拡大) 出典:科学技術振興機構
細管内に発生する渦運動のイメージ 細管内に発生する渦運動のイメージ (クリックで拡大) 出典:科学技術振興機構

 液体金属を細管に流すと、管の内壁と液体金属の間に摩擦が生じ、液体金属中に渦運動が発生する。この渦の強さは、管の内壁で最大であり、管の中心に向かって弱くなり、管の中心でゼロになる。

 こうした渦運動の分布に、液体金属中の電子の自転運動が影響を受け、渦運動の強い所から弱い所、すなわち管の内壁から中心に向かって、スピン流が流れることが理論計算により判明したという。さらに生成されたスピン流は、液体金属中に散乱し、管に沿った方向に電圧が発生することも分かった。

*)東北大学 原子分子材料科学高等研究機構/金属材料研究所 教授の齊藤英治氏の他、東北大学 大学院理学研究科の高橋遼氏、日本原子力研究開発機構 先端基礎研究センター 副主任研究員の松尾衛氏らで構成する研究グループ。同研究は、科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業 総括実施型研究(ERATO)において実施されている。

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