元スレ【物性物理学】磁場の付加により熱流の方向が変化する現象（熱ホール効果）を理論的に解明

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1 = :

2014年12月15日ニュース「熱流が磁場で変わる現象を理論で解明」 | SciencePortal
http://scienceportal.jst.go.jp/news/newsflash_review/newsflash/2014/12/20141215_03.html

日本原子力研究開発機構プレスリリース
http://www.jaea.go.jp/02/press2014/p14121201/
http://www.jaea.go.jp/02/press2014/p14121201/02.html
http://www.jaea.go.jp/02/press2014/p14121201/03.html

磁場を利用して熱の流れを制御できる可能性を示す新理論が誕生した。絶縁体を流れる熱流が磁場によって向きを変える特異な現象を、日本
原子力研究開発機構・先端基礎研究センターの前川禎通(まえかわさだみち)センター長、森道康(もりみちやす)グループリーダーらが理論的
に初めて解明した。この現象が、非磁性絶縁体にごくわずかに含まれる磁気を持った磁性イオンによる原子の振動の散乱であることを突き止め
た。

2つの磁石の双極子が互い違いに並んだ状態の四重極モーメントと原子の振動の相互作用を用いて熱伝導度の計算をした結果で、熱電素子
の性能向上や熱の効率的利用に道を開く理論として注目される。オーストラリアのニューサウスウェールズ大学のオレグ・スシュコフ教授、シド
ニー大学大学院生のアレックス・スペンサースミスさんとの共同研究で、12月15日付の米物理学会誌フィジカル・レビュー・レターズのオンライン
版に発表した。

水や電気の流れは、水路や電気回路で制御でき、その機能を発揮する。しかし、熱の流れは、温度の高いところから低いところへ拡散していき、
コントロールが非常に難しい。電気を通さずに磁気を持たない非磁性絶縁体のTb3Ga5O12(テルビウムガリウムガーネット)に温度勾配を与えて、
その垂直方向に磁場を加えると、双方に対して垂直方向に熱が流れる。これは、熱流が磁場で向きを変えることを意味しており、「熱ホール効
果」と呼ばれている。フランスのグループが2005年に発見したが、なぜ起きるかは謎だった。

研究グループは四重極モーメントの特殊な電子状態に注目した。Tb3+イオンの四重極モーメントと原子の振動の相互作用から熱伝導度の計算
をした。Tb3+イオンの電子の向きが互い違いに均衡している四重極モーメントの状態に対して、磁場を加えると、均衡がわずかに崩れて、原子
の振動の伝播である熱の流れの向きが変わることを示した。この理論計算の結果は、絶対温度5度(－268℃)前後の低温での実験結果の値と
よく一致した。また、熱ホール効果が温度依存性を計算したところ、温度が上がるとともに増加することも確かめた。

前川禎通センター長は「この理論で熱ホール効果の謎をほぼ解明できた。磁場で熱の流れを変える効果を大きくするには、どういう元素を使い、
絶縁体の構造をどう設計したらよいか、の指針になる。固体中で熱を制御できると、電子デバイスのエネルギー使用効率の向上につながる。将
来的には、熱を効率的に使うのに貢献するだろう」と話している。

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図1. 熱流が磁場で曲げられるイメージ図

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図2. 磁場によって出ていく熱流の均衡が崩れる様子。左図は、入ってきた熱流が、左右均等に出ていく様子。右図は、磁場がかかったため、
磁性イオンの状態が変化して、右側に出ていく熱流が増加し、左側に出ていく熱量は減少した様子を表す。
(いずれも提供：日本原子力研究開発機構)

2 :

四極子モーメントレベルでの解析で説明できるもんだったんだこれ

3 :

では、温度勾配の中からは磁場を発生させることはできるの？

4 = 2 :

>>3
磁気ゼーベック効果

5 :

さっぱりわからんがなんかワクワクする

6 :

熱が何なのか理解していない日本原子力研究開発機構でした
お終い

7 :

これ、熱の効果的利用に結びついたらすごいな。

8 :

エアコンやヒーターがいらなくなる

9 :

>>8
違う。
今までと違う原理で実現できるようになるが正しい。

10 :

磁場で気象弄る

11 :

温暖化詐欺死亡寸前

12 :

>>1
>>非磁性絶縁体にごくわずかに含まれる磁気を持った磁性イオン

そもそも非磁性絶縁体じゃなかった、ってことだね？

13 :

目指すは、マクスウェルの悪魔の実用化ですね？

14 :

>>12
非磁性という言葉は「強磁性に非ず」を意味してます

極端に言うと、世の中に磁性の無い物質は存在しません

15 :

>>14
磁気相互作用をしない素粒子は・・・

16 :

熱は枯野をかけ廻る

17 :

「電子の運動が磁場で阻害されたら、熱伝導に影響が出る」そういうこと？

18 :

>>14
だったら、弱磁性という表現を使うべきだよな
使わないのは何故？

19 :

熱の移動＝プラズマ
国際熱核融合炉で使われているトカマク型で例えれば一目瞭然ですよｗ
プラズマを磁場で弾き返し、装置を保護した磁場とね

20 :

夏場は磁石を持ってると涼しい、と言うことですね

21 :

>>18
絶縁体とか断熱も似たようなもんよ

22 :

ゼーベック効果：温度差により電圧（磁場）が発生。1821年発見
ペルティエ効果：ゼーベック効果の逆。電圧により熱が吸収・放出。1834年発見
熱ホール効果：温度差＋磁場により熱の向きが変わる。2005年発見

熱ホール効果の発見までがやたら長い。

　

23 :

実に面白い・・・さっぱり分からない！

24 = 11 :

やっぱり最近の異常気象は磁極のポールシフトが原因だったか。。

25 :

>Tb3+イオンの電子の向きが互い違いに均衡している四重極モーメントの状態

磁気双極子二個が隣接してるだけなら四重極モーメントでいいけど、これ結晶じゃねーの？

なんで、四重極モーメント？

26 = 14 :

>>22
日本発のスピンゼーベック効果をお忘れでは？
2008年だけど

27 :

>>24
地球の磁場が地球の熱に影響するのかまだ分からないけどな。

28 :

>>14
さらっと嘘吐くなよ

29 :

>>28
強磁性反強磁性常磁性反磁性

32 :

その通り

33 :

またプラズマ宇宙論の大勝利か

34 :

>>23
たぶん磁場ニャンのしわざだよ

35 :

太陽電池も、静磁場を外部から加えることで、電子とホールの分離により
発電効率の改善ができないかな。

36 :

>>35
ローレン力がホール・電子の分離を促進することはありません

フレミング左手の法則を思い出してみましょう

37 :

これで凄いPCファンが作れるとかかな

38 :

磁場に沿って荷電粒子は磁束に巻き付くようにらせん運動をしてそちらの方向に
流れて行く。そういうことがなければ、空間をどちらの方向にも向かいうる。
だから、電流や熱流を運ぶ担い手として電子や正孔などの荷電粒子が磁場が
あれば、それに沿っての方向には移動しやすくなるだろう。

39 :

>>38
太陽電池では、正孔・電子はそれぞれ反対方向へと運動するのだから
磁場を掛けても分離を促進することにはなりません。

40 :

反対方向に運動しなくちゃ電池にならないのでは？

41 :

>>40
その「電子と正孔とが反対方向に運動しなくちゃ電池にならない」太陽電池では
磁場をどのようにかけても、効率の改善にならんって言ってるんだよ

42 :

果たしてそうだろうか？　光を受けて飛び出した電子と正孔が磁束に巻き付くように
反対方向に走れば、立体角で無方向に飛び出すよりも方向が制限されて有利に
はならないかな。運動エネルギーがｘ方向、ｙ方向、ｚ方向に分配されて
いるのに比べてｚ方向だけに向かえば理想的には３倍分御得になります
などということはないかな。（半導体内部で散乱されるので、理想からは
ほど遠いだろうけれども）