2017 Fiscal Year Research-status Report
重い電子系をベースとした熱電材料開発における新しい方法論の創出
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17K05552
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| Research Institution | Toyota Technological Institute |
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Principal Investigator |
松波 雅治 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30415301)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 重い電子系 / 熱電材料 / 光電子分光 / 価数揺動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，重い電子系の研究において停滞していた熱電変換材料への応用研究に新しく挑戦するものである．
本年度は初めにYb14MnSb11単結晶の作製と光電子分光の測定を行った．単結晶作製は錫フラックス法によって行った．この系は既に高い熱電特性が報告されているが，Ybの4f電子がそのメカニズムにどのように関わっているかは不明であった．本研究の光電子分光の結果により，Yb 4f成分はフェルミ準位にかかっておらず，この系が純粋なYbが+2価の系（すなわち4f軌道は閉殻）であることに加えて，熱電特性にYb 4f状態がほとんど影響していないことがわかった．
また，上記のようなフラックス法による単結晶の作製が難しいYb化合物を作製するために以下の方法を確立した．すなわち Ybは蒸気圧が高く石英管やアルミナ管と容易に反応してしまうため，新たに高融点金属（タンタル）坩堝やそのアーク溶接による封管の際に必要となる冷却ハースの開発を行った．これらを用いた高周波加熱法により，高純度な単相試料Yb5Si3の作製に成功した．Yb-Si系化合物のいくつかの組成に関しては比較的優れた熱電特性を示すことが知られていたが，Yb5Si3に関してはこれまで報告が無かった．得られたYb5Si3のゼーベック係数は温度の上昇とともに符号が二度反転し，さらに室温以上で大きな負のピークをもつ傾向が観測された．電気抵抗には近藤効果が確認されていることから，これらの振る舞いも近藤効果に関連した特異な電子状態に起因していると考えられる．また重い電子系の化合物の中でこのようにゼーベック係数における比較的大きな温度スケールでの複数回の符号反転を示すものやピークが室温以上に存在するものは珍しく，今後この起源を解明することで室温以上でより高い熱電特性を得るための新しい指針の構築につながると考えられる．
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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
当初の計画通り，Yb14MnSb11単結晶とYb-Si系化合物の作製に成功した．これらの系に関する光電子分光の測定も行うことができ，非常に興味深いデータを得ることができている．バルク試料の研究に関してはこのペースを維持して進めていく予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度までの重い電子系のバルク試料の熱電研究を進めながら，今後二年間でエピタキシャル薄膜・超格子の研究にも着手する予定である．すなわち重い電子系の典型物質のエピタキシャル薄膜を作製し，その熱電特性をバルク試料と比較する．その後，人工超格子の作製に取り掛かる．今のところ非磁性参照系との超格子を計画しているが，格子整合性などを試行錯誤的に調べる必要がある．その過程においても実験結果を蓄積していくことで，重い電子系の熱伝導度を選択的に低減するための指針が得られると考えている．さらにこの人工超格子の作製は，重い電子状態を2次元に閉じ込めるという意義もあり，既に報告されている他の系の結果との比較も非常に重要である．それだけでなく，この閉じ込め効果が電子状態に顕著な変化をもたらしゼーベック係数を飛躍的に増大させる可能性も秘めており，これが本研究においても実現すれば新しいブレイクスルーにつながる．本研究ではこの閉じ込められた重い電子状態を角度分解光電子分光によって直接観測することも計画している．
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Research Products
(2 results)
