【ポイント】

・半金属¹⁾でありながら極めて高い熱電性能を示すTa₂PdSe₆の電子構造を直接観測しました。
・電子が集団的電荷振動と結合した新しい準粒子「プラズモニックポーラロン」²⁾を発見しました。
・電子と正孔³⁾の性質の違いが、半金属の高性能熱電変換を生むことを明らかにしました。

岡山大学学術研究院先鋭研究領域（異分野基礎科学研究所）の大槻太毅准教授と名古屋大学大学院理学研究科の中埜彰俊助教（現：同大学大学院工学研究科講師）、寺崎一郎教授、京都大学大学院人間・環境学研究科の吉田鉄平教授、広島大学大学院先進理工系科学研究科の長谷川巧准教授、広島大学放射光科学研究所の有田将司技術専門職員、高エネルギー加速器研究機構（KEK）物質構造科学研究所の堀場弘司准教授（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。
これらの研究成果は2026年2月5日、ネイチャー系国際科学誌「npj Quantum Materials」に掲載されました。
熱電材料^4）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。

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【用語説明】

1）半金属
伝導帯の下部と価電子帯の上部がフェルミ準位を跨いで僅かに重なり合ったバンド構造を示す物質。
2）プラズモニックポーラロン
金属や半導体中の「電子」と「電子の集団的な振動（プラズモン）」が相互作用し、形成される状態であり、電子がプラズモンを引き連れて移動する状態のことである。
3）正孔
電子が抜けたことで生じる「電子の穴（空席）」、プラスの電荷を帯びた粒子のように振る舞う電気の運び手。
4）熱電材料
熱と電気を直接変換する材料。排熱から電力を回収するクリーンエネルギー技術や無振動・無騒音の冷却デバイスとして注目されている。

【論文情報】

論文名：Band-selective plasmonic polaron in thermoelectric semimetal Ta₂PdSe₆ with ultra-high power factor
掲載誌：npj Quantum Materials
著者：Daiki Ootsuki, Akitoshi Nakano, Urara Maruoka, Takumi Hasegawa, Masashi Arita,
Miho Kitamura, Koji Horiba, Teppei Yoshida, Ichiro Terasaki
DOI：10.1038/s41535-026-00858-8
URL：https://www.nature.com/articles/s41535-026-00858-8

【研究代表者】

大学院工学研究科 中埜 彰俊 講師
https://www.qtum.ap.pse.nagoya-u.ac.jp/