| Project/Area Number |
16H04489
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Research Field |
Physical properties of metals/Metal-base materials
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
Kimura Kaoru 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (30169924)
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| Research Collaborator |
Okada Junpei
Katsura Yukari
Kitahara Kouichi
Tobita Kazauki
Takizawa Kenta
Iwasaki Yutaka
Takahashi Takahiro
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2018)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2017: ¥9,230,000 (Direct Cost: ¥7,100,000、Indirect Cost: ¥2,130,000)
Fiscal Year 2016: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
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| Keywords | 準結晶 / 近似結晶 / 半導体 / バンドエンジニアリング / 熱電変換材料 / 第一原理バンド計算 / 元素置換 / 生成エネルギー / 自由エネルギー / 高圧合成 / 熱電物性 / 電子・電気材料 / 金属間化合物 / ボロン / 液体急冷 / 準安定相 / 単相 / クラスター / ワニア関数 / 共有結合 / 局所ネットワーク / 原子当たり価電子数 |
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| Outline of Final Research Achievements |
Al-Ir approximant crystal, which is a precursor of the aluminum-based icosahedral quasicrystal, have a semimetallic band structure. We found that the bottom of the conduction band is the d orbital of Ir, and the top of the valence band is the p-like orbital of the cluster with eight Al and one Ir. In order to open the band gap, Ir is replaced by Ru with higher d orbital energy than Ir and Al is partially replaced by Si with lower sp orbital energy than Al. As a result, the semiconductor band structure was realized as expected.
In order to confirm the prediction by experiment, a single phase is prepared in the vicinity of the calculated composition. From the measurements of thermoelectric properties (Seebeck coefficient, electrical conductivity, thermal conductivity), it was experimentally confirmed to be a semiconductor for the first time in the aluminum-based approximant crystals.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
準結晶は、結晶、アモルファスと並ぶ固体構造の概念として確立した。しかし、固体物理学における基本的な分類において、原子スケールの準結晶は金属しか見つかっておらず、半導体や絶縁体が存在するかどうかは、固体物理学の基本的な問題の一つになっている。
廃熱から電気エネルギーを取り出すことのできる熱電発電は非常に魅力的である。熱電性能の高い物質として、結晶で最も対称性の高い立方晶で、マルチポケット半導体が注目されている。正20面体準結晶は、立方晶より2.5倍高い対称性を持っており、半導体が実現できれば、熱電性能も2.5倍高くなる可能性がある。
今回の研究成果は、半導体準結晶実現の突破口となるものである。
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