| Project/Area Number |
22KJ1339
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| Project/Area Number (Other) |
22J23121 (2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
木村 茂 東京工業大学, 物質理工学院, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2025-03-31
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| Project Status |
Declined (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 二次元電子ガス / 窒化物 / 高純度合成 / 電子構造 |
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| Outline of Research at the Start |
熱電変換技術の更なる普及に向け、無毒で豊富な元素で構成される低環境負荷な高性能熱電材料の開発が必要である。熱電特性の向上には出力因子を増大させる必要があるが、拡散キャリア理論による限界がある。本研究では、薄膜界面で高い出力因子を発現する二次元電子ガス(2DEG)構造をバルク全体に内包する新材料(バルク2DEG材料)を開拓する。量子計算を併用して、バルク2DEGを利用して巨大ゼーベック係数を引き出す材料設計指針を確立し、新しい熱電変換材料を探索する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
●層状窒化物半導体の高純度合成と電子構造評価
2次元の自然超格子構造を持つ遷移金属化合物は、通常の3次元的な構造をとる化合物には見られない、特異な電子物性を示す。AETMN2（AE = Sr, Ba、TM = Ti, Zr, Hf）は、絶縁体層と伝導層が積層した層状構造を持ち、伝導帯下端が2次元のTM dxy軌道で形成されると報告されていた。これはSrTiO3/LaAlO3ヘテロ界面と類似した2次元電子ガス構造をバルク内で内包すると見ることができ、特異な電子物性が期待できる。しかし、これまで不純物を多く含んだ試料の合成例しかなく、AETMN2本来の半導体物性は明らかにされていなかった。本研究では、AETMN2の高純度バルク試料を合成し、電気特性を評価することを目的とした。
窒素源にアジ化ナトリウムを用い、最適化した熱処理温度で固相反応させることで、純度90mol%以上のAETMN2バルク焼結体を合成することに成功した。拡散反射率測定から得られたバンドギャップは、SrTiN2で1.7 eV、BaZrN2で2.0 eV、BaHfN2で2.2 eVであり、第一原理計算により得たバンドギャップと整合した。全てのAETMN2の抵抗率は半導体的な温度依存性を示し、活性化エネルギーがSrTiN2の2.7 meVからBaHfN2の116 meVまで増加した。また、ゼーベック係数は負であり、SrTiN2の-28 μV/KからBaHfN2の-117 μV/Kにかけて増加したことから、キャリア濃度の減少が示唆され、光電子分光測定により得られたフェルミ準位の推移と一致した。欠陥形成エネルギー計算から、Ba化合物では窒素欠損や大気中の酸素・水素による不純物ドープが抑制され、キャリア濃度が減少し、抵抗率が増加したと考えられる。AETMN2バルク試料の高純度化によって初めて、電子構造を明らかにした。
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| Research Progress Status |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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