準結晶の熱電効果と擬ギャップ制御による熱電素子の開発研究

• 研究課題/領域番号: 10554016
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 展開研究
• 研究分野: 固体物性Ⅱ(磁性・金属・低温)
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 水谷 宇一郎 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00072679)
• 研究分担者: 竹内 恒博 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00293655) ; 生田 博志 名古屋大学, 理工科学総合研究センター, 助教授 (30231129)
• 研究期間 (年度): 1998 – 1999
• 研究課題ステータス: 完了 (1999年度)
• 配分額: 13,400千円 (直接経費: 13,400千円); 1999年度: 4,400千円 (直接経費: 4,400千円); 1998年度: 9,000千円 (直接経費: 9,000千円)
• キーワード: 準結晶 / 近似結晶 / 擬ギャップ / 熱電能 / ゼーベック係数 / モット理論 / 熱電材料 / 熱電素子

研究概要

準結晶及び近似結晶の電子構造の最大の特徴はフェルミ準位に開く擬ギャップであり,それは電子物性に決定的な影響を与える.擬キャップの概念は高温高圧下の液体水銀における金属-絶縁体転移を論じたMottにより1968年に導入された.研究代表者は電気伝導度が擬ギャップの深さの2乗に比例することを示すMott理論が擬ギャップを持つ準結晶及び近似結晶においてよく成り立つことを実証し,準結晶と近似結晶の伝導現象を利用した応用研究に大きな指針を与えることに成功した.
本研究では熱電効果に注目した.熱電素子は熱を電気に換えたり,あるいは電気を熱に換えたりするデパイスであり,後者は電子冷凍用として期待されている.Al基準結晶・近似結晶の熱電能を80-400Kの温度領域で測定し、熱電特性の優れた準結晶・近似結晶を探索することにより従来の熱電素子に代わる新しい熱電素子開発の指針を確立することを目的とした.
平成10年度には、熱電能測定装置を本予算で購入し、その立ち上げを行なうとともにすでに作製経験がある準結晶としてAl-Mg-Pd,Al-Mg-Znを選び、これらの試料について熱電能すなわちゼーベック系数の温度依存性を80-400Kの温度範囲で測定した.平成11年度にはさらにAl-Cu-Fe、Al-Cu-Fe-Si、Al-Pd-Mn系についてそのゼーペック係数を測定した.Al-Cu-Fe系においてはFeの濃度をわずかに変化させるとゼーペック係数とホール係数の値が正から負へ符号反転することを見出した.これより電子系からホール系へ電子状態が移ることがわかった.また、Al-Pd-Mn準結晶は単準結晶でありそのゼーペック係数は80μV/Kを記録した.

研究成果

• [文献書誌] U. Mizutani: "Electron Transport Mechanism in the pseudogap systems : Quasicrystals, Approximants and Amorphous Alloys"Proceedings of 7th Int. Conf. on Quasicrystals (Stuttgart, Germany). (1999)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T. Takeuchi, T. Mizuno, E. Banno, U. Mizutani: "Magic Number of Electrons in the Icosahedral cluster of AlxMg40x60-x(X=Zn, Pd, Ag, Cu)y1-approximants"Proceedings of 7th Int. Conf. on Quasicrystals (Stuttgart, Germany). (1999)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] U.Mizutani: "Electron Transport Mechanism in the Pseudogap Systems : Quasicrystals, Approximants and Amorphous Alloys"Proceedings of 7th Int. Conf. on Quasicrystals (Stuttgart, Germany, September 1999). (1999)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Takeuchi, T.Mizuno, E.Banno and U.Mizutani: "Magic Number of Electrons in the Icosahedral Cluster of AlxMg40X60-x (X=Zn, Pd, Ag and Cu) 1/1-Approximants"Proceedings of 7th Int. Conf. on Quasicrystals (Stuttgart, Germany, September 1999). (1999)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Uichiro Mizutani: "Role of the pseudogap in the electron transport of quasicrystals and their approximants"Journal of Physics: Condensed Matter. 10. 4609-4623 (1998)
• [文献書誌] Hiroshi Yamada: "Structural Investigation of Al_<55>Si_7Cu_<25.5>Fe_<12.5> 1/1-approximant"Materials Research Society Symposium Proceeding. 553. 117-122 (1999)
• [文献書誌] Takayuki Mizuno: "Hybridization effect on electron transport properties of Rhombic Triacontahedral-type Al_<60-x>Mg_<40>X_x (X=Zn,Cu,Ag and Pd)1/1-Cubic approximants"Materials Research Society Symposium Proceedings. 553. 359-364 (1999)
• [文献書誌] Uichiro Mizutani: "Electron transport mechanism in the pseudogap systems: quasicrystals, approximants and amorphous alloys"Proc. of 7th Int. Conf. on Quasicrystals (Stuttgart, Germany 1999). 500-504 (1999)
• [文献書誌] Tsunehiro Takeuchi: "Magic number of electron in the icosahedal cluster of Al_xMg_<60>X_<60-x> (X=Zn,Pd,Ag and Cu) 1/1-cubic approximants"Proc. of 7th Int. conf. on Quasicrystals (Stuttgart, Germeny 1999). 510-515 (1999)
• [文献書誌] Uichiro Mizutani: "Role of the pseudogap in the elictiontrenaport of qunaicryetals and their appeariments" Journal of Physics Condenced Matter. vol.10. 4609-4623 (1998)
• [文献書誌] Hiroshi Yamada: "Structural Investigation of Al55Si7Cu25.5Fe12.5→Al_<55>Si_7Cu_<25.5>Fe_<12.5> 1/1-approximant" Proc.of the Materials Research Society. vol.553(印刷中). (1999)
• [文献書誌] Takayuki Mizuno: "Electronic Propertion and structures of rhomlic triacontahedial approximant crystals" Proc.of the Materials Research Society. vol.553(印刷中). (1999)