采访了研究生院综合科学学科　宇田川真行（Udagawa Masayuki）教授

（2008.6.20  校长办公室宣传小组）

教授的专业是研究物质性质的“固体物理学”，主要是在激光照射物质时，通过观察散射的物质固有的光（拉曼光）的『激光拉曼散射』，在原子层研究物质运动。

给金属和半导体加入不同的温差，则会产生与温差成比例的电压。这是称为“塞贝克效应”的固体热电效应的一种，如果加大不同性质的2种金属和半导体的两端的温差，则会像电池那样进行发电。利用物质的热电效应将热能转换为电能称之为热电转换，用于热电转换的材料称之为热电材料。

利用热电的发电，可以在试样的寿命范围内使用，因为没有转动部分（比如火力发电机的涡轮），因此故障很少，也不需要维护，能直接将热转换为电，可以发清洁电力。我国也开始利用这个特性，推进研究开发利用汽车废气发电，期待在不久的将来能实用化。反过来，给金属和半导体通上电流，则会出现称之为“珀尔帖效应”的冷却性质，可以用于没有制冷剂的冷冻库等。

热电发电（塞贝克效应）的实验装置（（株）INGS SHINANO 公司制作）。白色部分是热电转换部件，在其中央灌入热水，产生温差就会发电，风扇就会转动。

要提高热电转换性能（ZT），就要求电像金属那样流动，并像玻璃那样不传热，这是互斥的特性。需要热电材料既不传热又导电。在物质中传热的是电子的移动和原子的振动，如果是半导体，则能减小电子引起的热的移动。宇田川教授说，那就需要减小因原子的振动带来的热。

图1：热电转换性能公式

图2：拍击运动

以前作为“提高热电转换材料的热电转换性能的指针”，提出了如下2个方法。
1. 形成纳米结构，降低导热性
2. 加快形成筐状结构的化合物中原子（离子）的运动，降低导热性
原子的激烈的运动称之为“拍击运动”，因为越是激烈的运动，越能大幅度降低导热性，但是，还没搞清原子进行拍击运动的原因。

最近，具有能放入原子和小分子的筐状结构的物质，满足下一代热电材料的特性，广泛受到关注，展开了大量的研究开发。发现了像小孩玩具“小摇铃”那样的由原子形成的纳米级（10-9m大小）筐状结构的物质，这些物质有难传热的特性。就是说，可以认为这就是封闭在筐内的原子在筐中自由地运转，散乱传热的原因。

这次宇田川教授的研究小组在激光照射物质时，通过观察散射的物质固有的光（拉曼光）的『激光拉曼散射』的试验中发现了这个原因。

2006年，宇田川教授他们根据激光拉曼散乱引起的光谱变化发现了筐中的原子在中心和非中心，原子的运动是不同的（激光不同于太阳光，是单色的。尽管这样，光使物质中原子的运动状态发生变化，光本身的颜色也发生变化。颜色变化的大小可以知道原子运动的速度）。宇田川教授热烈地说道，“当时发现的时候真是太兴奋了”，从设立位于非中心位置的原子的旋转运动降低了导热性这个假定到这次发现，花费了2年时间。

研究对象的筐结构的化合物，由镓（Ga）、硅（Si）、锗（Ge）的原子组成，筐中是封闭了钡（Ba）或锶（Sr）离子的A8Ga16Si30-xGex（A=Ba、Sr）。化合物中，Ba和Sr离子在Ga和Ge构成的筐中。但是，在A8Ga16Si30中，如果用原子大小的大Ge原子置换，扩大筐的尺寸，则因Ba离子位于筐的中心，因此Sr离子移动到离中心0.04 nm的位置，并且在4个位置之间来回旋转运动（参照图2）。宇田川教授他们发现，这是因为筐的大小不是因Ge原子的置换均衡膨胀，而是方向不同，膨胀程度大不相同，以及在非中心旋回运动是拍击运动。

这个研究成果将成为研究热电转换物质的指针，在防止地球温暖化等各个领域，促进开发热电发电技术。在实用化方面，关键是提高效率和性能价格比。

另外，筐中的原子运动状态可能也与物质拥有的多样化功能的出现有关，还有可能开发出具有以前没想到的功能的物质。

广岛大学不仅有非接触的，能测量从绝缘体到金属的“拉曼散射装置”，还有能在低温、高温、高压、磁场中及显微镜下测量的试样条件。从世界上看，没有能在这么大范围内改变试样条件的研究小组。如果没有本校研究生院尖端物质科学学科高畠敏郎教授领导的研究小组提供试样，就没有这次的成果。

宇田川教授估计，通过显示这次指针，将推进利用占能源约2/3的废热的热电转换物质的研究。教授说，我们想为社会作出重大贡献，今后将继续以这个指针为基础，考虑产品的均质化，研究开发出广岛大学的高效热电转换物质。

我们与本校先进功能物质研究中心合作，在COE形成计划“边缘科学”，文部科学省科学研究费补助特定领域“方钴矿”的大力支援下，构建了世界水平的研究环境。

我们指导年轻的研究人员要立志从广岛大学走向世界，从大4进入研究室开始，选择最尖端研究课题，实验要有明确的目的。希望研究生在读硕士时就能取得用英语投稿的成果。在研究生阶段，要努力提高外语阅读能力，争取参加国际学会发表论文。教授也痛感到在提高用英语写论文的能力的同时，还必须提高讨论能力和发表能力，鼓励学生在基础部分不要有自卑感。

 
＞高畠教授简历（研究人员一览）  

『塞贝克效应和珀尔帖效应』
1821年，德国物理学家、医生托马斯・塞贝克制作了一个连接2类半导体的电路，发现给一端加热，电流就会在电路中流动。这就是用发现者姓名命名的“塞贝克效应”。
1834年，法国物理学家让-查尔斯・珀尔帖发现对2块不同的金属加上电压，通上电流后，则一端变冷（吸热），另一端变热（发热）。把电流倒过来，则关系也倒过来。这就是“珀尔帖效应”。

『日常光散射（天空为什么是蓝的？ 夕阳为什么是红的？）』
含有各种波长的光的太阳光到达地面之前，与大气中的分子相撞，光会四下分散。这就叫散射。波长越短越容易散射，因波长短的蓝光在对流层散射，所以天空看上去是蓝的。另一方面，太阳西下时，则太阳光通过大气层的距离变长，波长短的光散射，只留下波长长的红色和橙色，所以夕阳看起来是红色的。

（后记）

原子远离中心，因此这次才能偶尔发现”，宇田川教授说得很谦虚。但是这大概是科学女神对研究生时就开始默默地积累，不断努力的瞬间的微笑吧。希望教授再加 把劲！！我强烈感觉到宇田川教授发表的指针加速了研究，非常期待诞生广岛大学版的梦想的物质，并能防止地球温暖化。但是，我问纳米级的这个筐大概有多大？ 教授回答说，如果将苹果和地球进行比较的话，你就认为筐是苹果，苹果是地球。这远远超出了我的理解范围。（Ｏ）