| 研究課題/領域番号 |
16H04489
|
|---|
| 研究種目 |
基盤研究(B)
|
| 配分区分 | 補助金 |
|---|
| 応募区分 | 一般 |
|---|
| 研究分野 |
金属物性・材料
|
|---|
| 研究機関 | 東京大学 |
|---|
研究代表者 |
木村 薫 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (30169924)
|
|---|
| 研究協力者 |
岡田 純平
桂 ゆかり
北原 功一
飛田 一樹
滝沢 健太
岩崎 祐昴
高橋 昂宏
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
|
| 研究課題ステータス |
完了 (2018年度)
|
| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2018年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2017年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
2016年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
|
|---|
| キーワード | 準結晶 / 近似結晶 / 半導体 / バンドエンジニアリング / 熱電変換材料 / 第一原理バンド計算 / 元素置換 / 生成エネルギー / 自由エネルギー / 高圧合成 / 熱電物性 / 電子・電気材料 / 金属間化合物 / ボロン / 液体急冷 / 準安定相 / 単相 / クラスター / ワニア関数 / 共有結合 / 局所ネットワーク / 原子当たり価電子数 |
|---|
| 研究成果の概要 |
アルミ系正20面体準結晶の前駆物質であるAl-Ir近似結晶は半金属的バンド構造を持つ。伝導帯の下端がIrのd軌道で、価電子帯の上端がAlが８個とIrが１個のクラスターのp様軌道であることを明らかにした。バンドギャップを開くため、d軌道エネルギーがIrより高いRuで置換し、sp軌道エネルギーがAlより低いSiでAlの一部を置換した構造で、予想通り半導体的バンド構造を実現した。
予想を実験で確かめるため、計算組成近傍で単相を作製し、熱電性能（ゼーベック係数、電気伝導率、熱伝導率）の測定から、アルミ系近似結晶で、世界で初めて、実験的に半導体の創製に成功したことを確かめた。
|
| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
準結晶は、結晶、アモルファスと並ぶ固体構造の概念として確立した。しかし、固体物理学における基本的な分類において、原子スケールの準結晶は金属しか見つかっておらず、半導体や絶縁体が存在するかどうかは、固体物理学の基本的な問題の一つになっている。
廃熱から電気エネルギーを取り出すことのできる熱電発電は非常に魅力的である。熱電性能の高い物質として、結晶で最も対称性の高い立方晶で、マルチポケット半導体が注目されている。正20面体準結晶は、立方晶より2.5倍高い対称性を持っており、半導体が実現できれば、熱電性能も2.5倍高くなる可能性がある。
今回の研究成果は、半導体準結晶実現の突破口となるものである。
|
