「液体金属」発電に成功 電子スピン利用

東北大学の齊藤英治教授らは、液体金属中の電子の自転運動を利用した新しい発電法を発見した。同研究は「ERATO齊藤スピン量子整流プロジェクト」の一環で、2日に英国科学誌『ネイチャー・フィジックス』の電子版で公開された。発電装置の超小型化につながることが期待される。

水銀のような液体金属を細管に流すと、管の内壁と液体金属の間の摩擦によって、液体金属中に渦運動が発生する。本研究では、この渦運動によって液体金属中の電子の「スピン」と呼ばれる自転運動が影響を受け、渦運動の強いところから弱いところに向かって、スピン流という磁気の流れが生じることを理論計算によって明らかにした。また、管の内壁から中心に向かって生成されたスピン流は液体金属中で散乱され、管に沿った方向に電圧を発生することも計算で明らかになった。

この理論計算に基づいて、実際に直径0.4mmの細管に液体金属を流して実験を行ない、100nV(1000万分の1V)の電気信号を取り出すことに成功した。電子のスピンが、液体金属の渦運動と量子力学的に相互作用することを世界で初めて証明したと言える。

今回発見した新しい発電法は、従来の発電機のタービンのような構造物を一切必要としないので、発電装置の超小型化につながるという。将来はわずかな電気で動作するナノサイズの超小型ロボットの電源などにも応用できるだろう。

画像提供:科学技術振興機構(JST)

関連記事一覧