京都大学 研究
世界初、超高性能熱電半金属に潜む「プラズモニックポーラロン」を直接観測
―半金属は熱電材料にならないという常識を覆す―
【注目の成果：共同研究・産学連携のためのチェックポイント】
 | 熱電材料は温度差から電気を取り出せるため、エネルギー回収や冷却技術への応用が期待 |
【産学連携対象 全学共通分野 Discovery Saga】
【Sagaキーワード】
この研究の主な対象者企業・研究者の方
公開日
概要
吉田鉄平 人間・環境学研究科教授、大槻太毅 岡山大学准教授と中埜彰俊 名古屋大学助教（現：同講師）、寺崎一郎 同教授、長谷川巧 広島大学准教授、有田将司 同技術専門職員、堀場弘司 高エネルギー加速器研究機構（KEK）物質構造科学研究所准教授（現：量子科学技術研究開発機構上席研究員）、北村未歩 同助教（現：量子科学技術研究開発機構主任研究員）らの研究グループは、半金属でありながら極めて高い熱電性能を示す準一次元物質Ta₂PdSe₆において、電子と集団的電荷振動が結合した新しい準粒子状態「プラズモニックポーラロン」を世界で初めて直接観測しました。熱電材料は温度差から電気を取り出せるため、エネルギー回収や冷却技術への応用が期待されていますが、電子と正孔が共存する半金属では両者の寄与が打ち消し合い、熱電性能は小さいと考えられてきました。本研究では、KEKフォトンファクトリーと広島大学放射光科学研究所での角度分解光電子分光（ARPES）によりTa₂PdSe₆の電子状態を直接観測し、軽く寿命の長い正孔と、強く散乱される電子からなる非対称な電子構造を明らかにしました。さらに、電子バンドにのみ現れるレプリカ（複製）構造が、電子とプラズモンの結合によるプラズモニックポーラロンに由来することを示しました。これらの特性が、半金属でありながら高い熱電性能を実現する起源であると考えられます。
本研究成果は、半金属を新たな熱電材料として捉え直す可能性を示し、低温で高効率に動作する次世代熱電材料の開発につながることが期待されます。
本研究成果は、2026年2月5日に、国際学術誌「npj Quantum Materials」に掲載されました。
研究者のコメント
「最初にデータを見たとき、『凄く綺麗だな』と感じました。一方でそれ故に見えてくるものをどう理解すればよいのか、悩む時間が長かった研究です。実験と議論を重ねる中で物質の中に奥深い物理が隠されていることに気づかされました。研究の大変さと同時に物理の面白さを強く感じた研究でした。」（大槻太毅）
詳しい研究内容について
世界初、超高性能熱電半金属に潜む「プラズモニックポーラロン」を直接観測―半金属は熱電材料にならないという常識を覆す―研究者情報
研究者名 吉田 鉄平京都大学 教育研究活動データベース