重希土類で置換した新スクッテルド鉱型化合物の高圧合成と特異な物性

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14204032
• Research Institution: Muroran Institute of Technology
• Principal Investigator: 城谷 一民 室蘭工業大学, 工学部, 教授 (90110692)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松平 和之 室蘭工業大学, 工学部, 助手 (40312342) ; 李 哲虎 産業技術総合研究所, 電力エネルギー研究部門, 研究員 (80358358) ; 関根 ちひろ 室蘭工業大学, 工学部, 助教授 (60261385)
• Keywords: スクッテルダイト / 金属リン化物 / 希土類化合物 / 強相関電子系 / 高圧合成 / 強磁性

Research Abstract

充填スクッテルド鉱型化合物は異方的超伝導(PrO_<s4>Sb_<12>)、非フェルミ液体的振舞(CeRu_4Sb_<12>)、重い電子系的振舞(PrFe_4P_<12>)、金属-絶縁体転移(PrRu_4P_<12>)など強相関電子系物質に特有な多彩な物性を示す。また、次世代の熱電変換材料としての応用も期待されている貴重な物質群である。しかし、これまでに合成された化合物はCeやPrなどの軽希土類元素を含むものがほとんどで、Tb, Dy, Ho等の重希土類元素を含む充填スクッテルド鉱型化合物はほとんど合成されていない。本研究の目的は重希土類元素を含む充填スクッテルド鉱型化合物の新物質探索及び新奇物性の探索である。充填スクッテルド鉱型化合物の合成は常圧では極めて難しく、特に重希土類元素を含む化合物の合成は高圧合成以外ではほとんど不可能であると考えられる。そこで、本研究を遂行するために不可欠な超高圧合成装置一式を平成14年度予算で購入した。平成14年度は装置の設計、特に静水圧性を改善するためのガイドブロックの設計及び長時間の使用に対応できるアンビル冷却装置の設計に多くの時間を費やした。そのため、装置の製作には長時間を要したが、年度内には装置の設置を終了し、動作テスト、圧力較正を行い、ほぼ設計どおりの性能を出せることを確認した。今後は本装置を用いて多くの新充填スクッテルド鉱化合物の合成を目指す。
また、東京大学物性研究所設置の高圧装置を使用し、新物質YFe_4P_<12>の合成に成功し、転移温度約5Kの超伝導体であることを見出した。

Research Products

• [Publications] I.Shirotani: "Superconductivity of new filled skutterudite YFe_4P_<12> prepared at high pressure"Journal of Physics : Condensed Matter. (2003)
• [Publications] R.Giri: "La doping effect in thermoelectric properties of skutterudite compound CeRu_4P_<12>"Proceedings of 21^<st> International conference on thermoelectronics. 60-63 (2002)
• [Publications] R.Giri: "Thermoelectric properties of Sm and Ce based filled skutterudite compounds"室蘭工業大学紀要. 52. 133-140 (2002)