| Project/Area Number |
23KJ0893
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 36020:Energy-related chemistry
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
橋本 賢太 東京工業大学, 物質理工学院, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2023-04-25 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2024: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2023: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 熱伝導率 / 軌道揺らぎ / 相転移 |
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| Outline of Research at the Start |
高効率な熱電材料の実現において，格子熱伝導率を低減させることは重要な設計指針である．近年，格子熱伝導率を低減させる新たな手法として，電子の持つ軌道の揺らぎを利用することが注目を集めているが，その詳細な低減メカニズムは明らかにされていない．そこで本研究では，軌道揺らぎをもつスピネル化合物CuIr2S4，MgTi2O4，Fe3O4，AlV2O4に注目し熱輸送特性を調査することで，軌道揺らぎが熱輸送に与える影響を系統的に解明していく．また，軌道揺らぎを利用した熱電材料以外の熱機能性材料への応用用途も探索する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は電子軌道の揺らぎを利用した新しい熱機能性材料の開拓を目指し，軌道揺らぎによる格子熱伝導率の低減メカニズムを解明することを目的としている．当該年度は230 Kで金属絶縁体転移を示し，高温金属相で軌道揺らぎを持つスピネルCuIr2S4の注目し，Cuイオンを一部Agイオンで置換した試料における熱輸送特性を調査した．
Cu1-xAgxIr2S4の多結晶試料を固相反応法を用いて合成した．X線回折測定の結果からx＝0.05までは単相で合成できるが，それ以上の置換量では不純物相が析出することがわかった．母物質であるx=0の試料では低温絶縁相から高温金属相に移る際に格子熱伝導率の大幅な減少が見られるが，この減少率はAg置換により徐々に小さくなることがわかった．さらに，Ag置換した試料の高温金属相におけるフォノン平均自由行程は母物質よりも高い値を持つことがわかった．これらの振舞いから，高温金属相で生じる軌道揺らぎは追加のフォノン散乱を生じさせ，さらに，この追加のフォノン散乱はAg置換による化学負圧力効果により抑制されることを発見した．このことは，軌道揺らぎによる格子熱伝導率の低減が化学負圧力により制御できる可能性があることを示唆しており，これは高効率な熱電材料を創出する上で重要な指針になると考えられる．
来年度は軌道揺らぎを示す他の化合物について熱輸送特性の調査を行い，軌道揺らぎによる格子熱伝導率の低減メカニズムを解明していく予定である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の予定通り，CuIr2S4の熱輸送に関する研究が完了し，論文出版まで行うことができた．また，当該年度では次年度実施予定の実験について予備実験を実施した．予備実験の結果，スピネル化合物MgTi2O4，Fe3O4，AlV2O4は固相反応を用いた合成では単一相を得ることが困難であることがわかった．合成した試料に含まれる不純物相の存在は，熱伝導率に大きく影響することが考えられるため，当初予定していたこれらの研究試料の変更する必要がある．
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| Strategy for Future Research Activity |
予備実験の結果，スピネル化合物MgTi2O4，Fe3O4，AlV2O4は固相反応を用いた合成では単一相を得ることが困難であることがわかった．そこで新たな研究試料について探索及び合成を行ったところ，同じく軌道揺らぎをもつLiVO2及びLi2RuO3が不純物相なく単相で合成できることがわかった．来年度はこれらの物質について熱輸送特性を調査していくつもりである．
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