2017 Fiscal Year Research-status Report
希ガス充填型熱電変換材料の開発とラットラー物性の新展開
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16K14091
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
丹羽 健 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (40509030)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 超高圧合成 / リン化物 / 希ガス / 熱電変換材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本申請課題では，希ガスをラットラーとして用いた新規希ガス充填スクッテルダイト型遷移金属リン化物の超高圧合成と，ラットリング効果の本質的解明を目的とした．特に申請者が培った最先端の超高圧実験技術を用い，閉殻電子構造で電荷的に中性な希ガスを結晶構造中の空隙サイトに充填した物質を合成することで，ラットリング効果の本質的解明と新しい熱電変換材料への展開を目指した．空隙に別元素を充填する試みにおいて，反応場の精密な制御は必要不可欠である．そのためには，合成実験装置の改良及び最適化を検討する必要がある．具体的にはピストンシリンダー高圧発生装置において，錫フラックスを用いた高圧下における単結晶CoP3の育成が安定して行えるように試料室構成などを最適化した．これによりCoP3の単結晶を短時間で育成することに成功した．また，希ガス充填の予備実験として，高圧下でCoP3が結晶成長する過程で空隙にMnを充填する実験を試みた．EDXによる分析から数at%のMn固溶が検出されたが，磁性などMn固溶による物性変化を議論するうえでは十分な固溶量ではなかった．一方，母相であるリン化物の物質開拓も必要不可欠であり，本研究では過去に報告のない結晶構造をとる二リン化物（NbP2）の高圧合成に初めて成功した（投稿論文準備中）．この新規NbP2は層状の結晶構造をとり，過去にこの構造をとる遷移金属リン化物の報告はない．常圧下における準安定性が低いため，他元素をドープすることによる安定化を図る必要があるが，今後超伝導や触媒能といった機能開拓が期待される．また周期表でリンと同族の窒素を用いた化合物である窒化物でも同様に希ガスが充填可能な母相が存在しないか探査した．新規な遷移金属窒化物の創製にも成功したが，希ガス元素充填の可能性については今後の検討である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究では空隙を持つ物質としてCoP3を対象とした。この物質は常圧下でも単結晶育成は可能だが，高圧下であればより結晶性のよい試料が短時間で育成されると期待される。最終的には希ガスを充填することを考えていたが、まずは金属元素を空隙に充填することを目指した。そのためにはCoP3単結晶が育成される過程で金属元素を取り込む必要がある。そこでSnをフラックスにした高圧下における単結晶育成技術の確立を目指した。実験装置の中でも特に試料室構成を改良および最適化することに時間を要したが，試料室を構成する部材の形状を最適化することで1万気圧を超える圧力下において、十分な時間フラックスである液体スズを保持することに成功した。その技術を用いて単結晶CoP3の育成にも成功した。また、本研究では合わせて新規な遷移金属リン化物の合成にも取り組んだ。希ガスを充填するための母相の金属リン化物は遷移金属とリンネットワークの組み合わせで、様々な物性発現が期待される。現在、新規なリン化物の合成と結晶構造の同定まで解析は終了したため、現在論文を準備中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までに希ガス充填の予備段階として、スズフラックスを用いた高圧下における単結晶育成技術の確立とMnが固溶したCoP3単結晶の育成に取り組んだ。圧力領域が低いこともあり，数at%のMnの固溶しか検出されなかったが、実験装置の最適化など多くの重要な情報を得ることができた。今後はレーザー加熱式ダイアモンドアンビルセルを用いた実験を展開し、高圧下におけるCoP3への希ガス充填実験とラマン散乱測定による格子振動のその場観察評価を試みることを考えている。また、新規遷移金属リン化物に関しては構造のみならず、安定性や希ガス充填実験にも取り組む予定である。
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| Causes of Carryover |
研究最終年度であったため成果報告まで予定していたが，実験装置の改良や最適化に思いのほか時間を要した．また新規相の創製については当初予想していた結果とは異なっていたが，その結晶構造の解析にも時間を要した。実験および解析に時間をとられたため，成果報告する機会が次年度にずれ込む結果となった．
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Research Products
(2 results)
