2023 Fiscal Year Annual Research Report
熱電材料開発に資するSiクラスレートの電子状態とラトリングの光電子分光による解明
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21K04869
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
今田 真 立命館大学, 理工学部, 教授 (90240837)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | シリコンクラスレート |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アルカリおよびアルカリ土類元素(M)を内包するSiクラスレートは、内包原子Mのラトリングが大きくフォノン散乱が顕著なため熱伝導率が低く、熱電材料としての応用が期待されている。本研究ではM=NaのSiクラスレートのNa内殻光電子スペクトルに、サイトの数より多い本数の多ピーク構造の起源が「ラトリングによって複数の原子位置が実現していること」だと考え、内包サイトのに入る元素を変化させた試料の実験を通して検証し、フェルミ準位付近の電子状態が内包元素Mに依存するとともに、SiをGaで一部置換するなどしてケージ元素のp 電子数を変化させることによっても制御できることを価電子帯光電子分光を用いて検証することを目的とする。
(Na/Ba)-Siクラスレートについて、8keVのX線を用いたバルク敏感光電子分光を行うとともに5.4 keVと1.5 keVのX線を用いることでより表面敏感にした実験も試行した。超高真空中で試料を破断して得られた清浄表面について、Na, Ba, およびSiの内殻光電子分光を行うとともにその温度変化を測定した。さらに、価電子帯光電子分光を行い、フェルミ準位付近の電子構造を実験的に観測した。いずれも、NaをBaで置換する前の物質と有意な差が認められ、Ba置換による電子状態やラトリング状態の変化の情報を含んでいると考えられる。特にBa 4d等のBaの内殻スペクトルの温度依存性を見いだしたことと、Na 1sスペクトルのサテライト強度が表面敏感な測定で変化することを見いだしたことが重要な成果である。第1原理電子状態計算を用いて価電子帯電子状態を推定した。これらのバンド計算の結果と価電子帯光電子分光の結果との比較と、内殻光電子スペクトルのモデル計算との比較を元に電子状態の議論を行ってきた。これらの成果を今後原著論文において公開する予定である。
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