Investigation of thermal conductivity mechanism controlled by magnetic field and its application to novel thermoelectric devices

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K14170
• Research Institution: Japan Synchrotron Radiation Research Institute
• Principal Investigator: 筒井 智嗣 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門, 主幹研究員 (70360823)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鬼丸 孝博 広島大学, 先端物質科学研究科, 准教授 (50444708)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: ラットリング / メスバウアー効果 / 非調和フォノン

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、電子系と原子核の相互作用である超微細相互作用を用いて、電子物性に格子物性に関する知見も加味して、熱伝導抑制機構と磁性との関わりについて明らかにすることを試みた。対象物質としては、カゴ状構造を有する物質群について放射光メスバウアー分光を用いて、これらの電子物性及び格子物性に関する知見を得ることができた。
SmがBeやBのクラスターの中に配した構造を有するSmBe13やSmB6では、Sm-149核のメスバウアー効果を用いて2次のドップラー・シフトの観測に成功し、Smの価数とともに格子振動状態に関する知見も同時に得ることができた。SmB6については、過去の放射性同位元素を線源としたメスバウアー分光が行われているが、2次ドップラー・シフトに関する報告は無い。本研究で用いた放射光メスバウアー分光では、スペクトルの吸収ピーク位置の誤差も以前の報告より1桁近く小さくなっていることがその理由として挙げられる。スペクトルの精度向上には恐らく放射光の有する指向性がその大きな要因であると現在考えている。
本年度は熱電材料の候補である充填スクッテルダイト化合物に関する放射光メスバウアー分光についても行った。充填スクッテルダイトではカゴ構造に充填された希土類が大振幅非調和振動を示すことが知られている。放射光メスバウアー分光では、構造から期待される大振幅非調和振動のために、充填スクッテルダイトのスペクトルを100K以上で観測することができなかった。
また、本研究を通してメスバウアー効果を利用したミクロな測定だけではなく、マクロ測定に基づく種々のカゴ状物質の電子物性や格子物性に関する理解が進んだ。

Research Products

• [Int'l Joint Research] The Chinese University of Hong Kon(China)
  • Country Name: China
  • Counterpart Institution: The Chinese University of Hong Kon
• [Journal Article] Second-order Structural Transition in (Ca0.5Sr0.5)3Rh4Sn13 (2017)
  • Author(s): Y. W. Cheung, Y. J. Hu, S. K. Goh, K. Kaneko, S. Tsutsui, P. W. Logg, F. M. Grousch, H. Kanagawa, Y. Tanioku, M. Imai, T. Matsumoto, K. Yoshimura
  • Journal Title: J. Phys. Conf. Ser. Volume: 807 Pages: 032002/1-4
  • DOI: doi:10.1088/ 1742-6596 / 80 7 / 3 / 032002
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Structural, Magnetic, and Superconducting Properties of Caged Compounds ROs2Zn20 (R = La, Ce, Pr, and Nd) (2017)
  • Author(s): K. Wakiya, T. Onimaru, K. T. Matsumoto, Y. Yamane, N. Nagasawa, K. Umeo, S. Kittaka, T. Sakakibara, Y. Matsushita, and T. Takabatake
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 86 Pages: 034707/1-6
  • DOI: DOI: 10.7566/JPSJ.86.034707
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synchrotron Radiation Mossbauer Spectroscopy using 149Sm nuclei (2016)
  • Author(s): S. Tsutsui, Y. Kobayashi, Y. Yoda, R. Masuda, K. Mizuuchi, Y. Shimizu, H. Hidaka, H. Amitsuka, F. Iga, and M. Seto
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 85 Pages: 083704/1-4
  • DOI: DOI: http://dx.doi.org/10.7566/JPSJ.85.083704
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Mixed valence states in (SmxLa1-x)Tr2Al20 (Tr = Ti and Ta) studied using X-ray absorption spectroscopy (2016)
  • Author(s): A. Yamada, R. Higashinaka, K. Fushiya, T. Asano, T. D. Matsuda, M. Mizumaki, S. Tsutsui, K. Nitta, T. Ina, T. Uruga, and Y. Aoki
  • Journal Title: J. Phys: Conf. Ser. Volume: 683 Pages: 012020/1-6
  • DOI: doi:10.1088/1742-6596/683/1/012020
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Low-energy Optical Phonon Modes in a Caged Compound LaRu2Zn20 (2016)
  • Author(s): K. Wakiya, T. Onimaru, S. Tsutsui, K. T. Matsumoto, N. Nagasawa, A. Q. R. Baron, T. Hasegawa, N. Ogita, M. Udagawa, and T. Takabatake
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 93 Pages: 064105/1-6
  • DOI: DOI: 10.1103/PhysRevB.93.064105
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of Ga Substitution on the Γ3 Doublet Ground State in PrIr2Zn20 (2016)
  • Author(s): T. Onimaru, K. Uenishi, Y. Yamane, K. Wakiya, K. T. Matsumoto, K. Umeo and T. Takabatake
  • Journal Title: J. Phys.: Conf. Ser. Volume: 683 Pages: 012011/1-7
  • DOI: doi:10.1088/1742-6596/683/1/012011
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Exotic Ground State and Elastic Softening under Pulsed Magnetic Fields in PrTr2Zn20 (Tr = Rh, Ir) (2016)
  • Author(s): I. Ishii, H. Goto, S. Kamikawa, S. Yasin, S. Zherlitsyn, J. Wosnitza, T. Onimaru, K. T. Matsumoto, T. Takabatake, and T. Suzuki
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 85 Pages: 043601/1-4
  • DOI: DOI: http://dx.doi.org/10.7566/JPSJ.85.043601
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Sm系重い電子化合物の放射光メスバウアー分光 (2017)
  • Author(s): 筒井智嗣、中村 仁、小林義男、久保謙哉、依田芳卓、山田 瑛、東中隆二、松田達磨、青木勇二、水牧仁一朗、佐藤英行
  • Organizer: 日本物理学会第72回年会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス（大阪府豊中市）
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [Presentation] PrIr2Zn20の非フェルミ液体的挙動に対するZnサイト置換効果 (2017)
  • Author(s): 山田怜志, 鬼丸孝博, 上西和登, 山根悠, 脇舎和平, 松本圭介, 梅尾和則, 高畠敏郎
  • Organizer: 日本物理学会第72回年会
  • Place of Presentation: 大阪大学 豊中キャンパス（大阪府豊中市）
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [Presentation] Pr希薄系Y1-xPrxIr2Zn20 (x≦0.05)の非フェルミ液体的挙動に対する磁場効果 (2017)
  • Author(s): 山根悠, 上西和登, 脇舎和平, 松本圭介, 鬼丸孝博, 梅尾和則, 高畠敏郎
  • Organizer: 日本物理学会第72回年会
  • Place of Presentation: 大阪大学 豊中キャンパス（大阪府豊中市）
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [Presentation] 六方晶RRh3(R = Pr, Nd)の強磁性と二形LaRh3の超伝導 (2017)
  • Author(s): 朴景培, 山根悠, 鬼丸孝博, 梅尾和則, 高畠敏郎
  • Organizer: 日本物理学会第72回年会
  • Place of Presentation: 大阪大学 豊中キャンパス（大阪府豊中市）
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [Presentation] Sm金属間化合物の放射光メスバウアー分光 (2017)
  • Author(s): 筒井智嗣、依田芳卓、中村 仁、小林義男、久保謙哉
  • Organizer: 第18回メスバウアー分光研究会シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京理科大学森戸会館（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2017-03-15 – 2017-03-16
• [Presentation] Sm金属間化合物における電荷・磁気自由度のプローブとしてのSm-149放射光メスバウアー分光 (2017)
  • Author(s): 筒井智嗣
  • Organizer: 第5回先進的放射光メスバウアー分光研究会
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2017-03-02 – 2017-03-02
  • Invited
• [Presentation] Quadrupole-driven exotic phenomena in non-Kramers doublet systems (2016)
  • Author(s): T. Onimaru
  • Organizer: 13th German-Japanese symposium: Effects of Parity Mixing in Correlated Electron Systems
  • Place of Presentation: 北海道札幌市
  • Year and Date: 2016-09-27 – 2016-09-27
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Application of Synchrotron Radiation Mossbauer Spectroscopy to Samarium Compounds (2016)
  • Author(s): S. Tsutsui, Y. Kobayashi, Y. Yoda, R. Masuda, K. Mizuuchi, Y. Shimizu, H. Hidaka, T. Yanagisawa, H. Amitsuka, F. Iga and M. Seto
  • Organizer: Mediterranean Conference on the Applications of the Mossbauer Effect (MECAME2016)
  • Place of Presentation: Cavtat in Croatia
  • Year and Date: 2016-05-31 – 2016-06-03
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Quadrupole-Driven Non-Fermi Liquid Behaviors in Pr 1-2-20 System (2016)
  • Author(s): T. Onimaru
  • Organizer: J-Physics: Mini International Workshop: “Physics of Strongly Correlated Electron Systems under Extreme Conditions”
  • Place of Presentation: 神戸大学六甲台キャンパス（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2016-04-13 – 2016-04-14
  • Int'l Joint Research