遷移金属酸化物におけるナノ構造制御による巨大熱電応答の探索

• 研究課題/領域番号: 25400378
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 鹿児島大学
• 研究代表者: 奥田 哲治 鹿児島大学, 理工学域工学系, 准教授 (20347082)
• 研究分担者: 齊藤 智彦 (齋藤 智彦) 東京理科大学, 理学部, 教授 (30311129) ; 梶本 亮一 独立行政法人日本原子力研究開発機構, その他部局等, 主任研究員 (30391254)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2015年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2014年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2013年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 熱電材料 / 遷移金属酸化物 / 熱電特性 / 酸化物半導体 / Jahn-Teller歪 / フラストレーション / 光電子分光 / 非弾性中性子散乱 / 電界ドーピング

研究成果の概要

本課題では、Mn置換による電子ドープSrTiO3の熱電特性の向上の起源の追求を行った。熱電特性に加えホール係数、磁化、比熱等のマクロ物性の評価および非弾性中性散乱によるフォノン励起の直接評価により、低エネルギーフォノン励起の増強、および、遍歴電子とMnの局在スピン間の相互作用による熱起電力の増強が、熱電特性向上の起源である可能性を示した。
さらに、p型酸化物熱電材料候補である反強磁性三角格子体CuCrO2の磁気励起の起源を非弾性中性子散乱実験により追求し、また、ホールドープCuCrO2と類縁物質の電子構造を光電子分光測定により解明した。

研究成果

• [雑誌論文] Universal Behaviors of the Phonon Thermal Conductivity Associated with the Charge/Orbital Ordering in Transition-Metal Oxides (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Katsufuji, T. Okuda, T. Murata, T. Kanzaki, K. Takayama, and A. Kajita
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 85 号: 1 ページ: 013703-013703
  • DOI: 10.7566/jpsj.85.013703
  • NAID: 40020699673
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of Spin Correlations in the Geometrically Frustrated Triangular-Lattice Heisenberg Antiferromagnet CuCrO2 (2015)
  • 著者名/発表者名: Ryoichi Kajimoto, Keisuke Tomiyasu, Kenji Nakajima, Seiko Ohira-Kawamura, Yasuhiro Inamura, and Tetsuji Okuda
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 7884 号: 7 ページ: 074708-074708
  • DOI: 10.7566/jpsj.84.074708
  • NAID: 210000133629
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Hybridization gap formation in Kondo insulator YB12 obesrved using time-resolved photoemission spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Okawa, Y. Ishida, M. Takahashi, T. Shimada, F. Iga, T. Takabatake, T. Saitoh, and S. Shin
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 92 号: 16
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.161108
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electronic Phase Transition in Hollandite Titanate BaxTi8O16+x (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Murata, T. Sato, T. Okuda, Y. Horibe, H. Tsukasaki, S. Mori, N. Yamaguchi, K. Sugimoto, S. Kawaguchi, M. Takata, and T. Katsufuji
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 92 号: 22
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.220408
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of Mn substitution on the thermoelectric properties of the electron-doped perovskite Sr1-xLaxTiO3 (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Okuda, H. Hata, T. Eto, K. Nishina, H. Kuwahara, M. Nakamura, and R. Kajimoto
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 588, part 2 号: 2 ページ: 022035-022035
  • DOI: 10.1088/1742-6596/568/2/022035
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-Energy Spin Fluctuations in CuCrO2 and Cu0.85Ag0.15CrO2 Studied by Inelastic Neutron Scattering (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Kajimoto, K. Nakajima, S. Ohira-Kawamura, Y. Inamura, T. Okuda, and K. Tomiyasu
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 3
  • DOI: 10.7566/jpscp.3.014018
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Cu-O-Cr Hybridization Effects on the Electronic Structure of a Hole-Doped Delafossite Oxide CuCr1-xMgxO2 (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Okawa, T. Yokobori, K. Konishi, R. Takei, K. Katayama, S. Oozono, T. Shinmura, T. Okuda, H. Wadati, E. Sakai, K. Ono, H. Kumigashira, M. Oshima, T. Sugiyama, E. Ikenaga, N. Hamada, and T. Saitoh
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 3
  • DOI: 10.7566/jpscp.3.017027
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effects of Mg, Ag, and Al substitutions on magnetic excitations in the triangular-lattice antiferromagnet CuCrO2 (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Kajimoto, K. Nakajima, S. Ohira-Kawamura, Y. Inamura, K. Kakurai, T. Hokazono, S. Oozono and T. Okuda
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 82 号: 5 ページ: 054702-054702
  • DOI: 10.7566/jpsj.82.054702
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic structure of hole-doped delafossite oxides CuCr_1-_xMg_xO_2 (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Yokobori, M. Okawa, K. Konishi, R. Takei, K. Katayama, S. Oozono, T. Shinmura, T. Okuda, H. Wadati, E. Sakai, K. Ono, H. Kumigashira, M. Oshima, T. Sugiyama, E. Ikenaga, N. Hamada, and T. Saitoh
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 87 号: 19 ページ: 195124-195124
  • DOI: 10.1103/physrevb.87.195124
  • 査読あり
• [雑誌論文] Power-law dependence of low-temperature magnetic specific heat for hole-doped delafossite CuCr1-xMgxO2 (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Okuda, S. Miyasaka
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 82 号: 6 ページ: 065001-065001
  • DOI: 10.7566/jpsj.82.065001
  • NAID: 210000132618
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetotransport Property of the Hole-doped Delafossite CuCr0.97Mg0.03O2 with a Spin-3/2 Antiferromagnetic Triangular Sublattice (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Okuda, S. Oozono, T. Kihara, and M. Tokunaga
  • 雑誌名: J. Korean Phys. Soc 巻: 62 号: 12 ページ: 2168-2172
  • DOI: 10.3938/jkps.62.2168
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-temperature thermoelectric properties of the electron-doped perovskites Sr1-xCaxTi1－yNbyO3 (2013)
  • 著者名/発表者名: T.Okuda, J.Fukuyado, K.Narikiyo, M.Akaki, H.Kuwahara
  • 雑誌名: Journal of the Korean Physical Society 巻: 63(3) 号: 3 ページ: 428-432
  • DOI: 10.3938/jkps.63.428
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transport Properties of Anatase-TiO2-Polycrystalline-Film Field-Effect-Transistors Having Electrolyte Gate layers (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Horita, K. Ohtani, T. Kai, Y. Murao, H. Nishida, T. Toya, K. Seo, M. Sakai, and T. Okuda
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 52 号: 11R ページ: 115803-115803
  • DOI: 10.7567/jjap.52.115803
  • 査読あり
• [学会発表] 電子ドープβ-Ga2O3の熱電特性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 草原彰吾, 久永達郎, 奥田哲治
  • 学会等名: 日本物理学会 第７１回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学 泉キャンパス （宮城県、仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Cu1+xMn1-xO2（x=0, 0.05）の電子構造 (2016)
  • 著者名/発表者名: 加藤諒, 大川万里生, 和達大樹, 吉田鉄平, 小野寛太, 池永英司, 奥田哲治, 齋藤智彦
  • 学会等名: 第29回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学柏の葉キャンパス駅前サテライト・柏の葉カンファレンスセンター（三井ガーデンホテル柏の葉）・オークビレッジ柏の葉 （千葉県、柏市）
  • 年月日: 2016-01-09
• [学会発表] 粉末非弾性中性子散乱によるSrTiO3のフォノンに対する元素置換効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 梶本亮一、中村充孝、菊地龍弥、畑博人、江藤貴弘、草原彰吾、奥田哲治
  • 学会等名: 日本中性子科学会第15回年会
  • 発表場所: 和光市民文化センター （埼玉県、和光市）
  • 年月日: 2015-12-10
• [学会発表] Mn置換した電子ドープSrTiO3の低温比熱 (2015)
  • 著者名/発表者名: 奥田哲治, 江藤貴弘, 畑博人, 草原彰吾, 仁科康佑, 桑原英樹, 中村充孝, 梶本亮一
  • 学会等名: 日本物理学会 2015度秋季大会
  • 発表場所: 関西大学 千里山キャンパス （大阪府、吹田市）
  • 年月日: 2015-09-25
• [学会発表] 新たな酸化物熱電材料の探索 (2015)
  • 著者名/発表者名: 奥田哲治
  • 学会等名: 日本熱電学会 第１２回学術講演会
  • 発表場所: 九州大学 筑紫地区総合研究棟（C-Cube） （福岡県、春日市）
  • 年月日: 2015-09-07
  • 招待講演
• [学会発表] Angle-resolved photoemission study of a thermoelectric and multiferroic delafossite CuCrO2 (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Kato, M. Okawa, K. Ono, T. Okuda, and T. Saitoh
  • 学会等名: The 12th International Workshop on Strong Correlations and Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy
  • 発表場所: UPMC Couvent des Cordeliers, Paris, France
  • 年月日: 2015-07-05
  • 国際学会
• [学会発表] SrTiO3の熱電特性に対する元素置換効果とフォノン異常 (2015)
  • 著者名/発表者名: 梶本亮一
  • 学会等名: ミニ研究会「量子ビーム物性研究の展開」
  • 発表場所: 東北大学金属材料研究所 （宮城県、仙台市）
  • 年月日: 2015-07-02
• [学会発表] Hole Doping Effect on the Magnetic State of Triangular Lattice Antiferromagnet CuCrO2 (2015)
  • 著者名/発表者名: Tetsuji Okuda
  • 学会等名: The collaborative conference on 3D and Materials Research (CC3DMR)
  • 発表場所: Busan, Korea
  • 年月日: 2015-06-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Effect of Hole Doping on the Magnetic State of Delafossite CuCrO2 (2015)
  • 著者名/発表者名: Tetsuji Okuda
  • 学会等名: Energy Materials Nanotechnology (EMN)
  • 発表場所: Qingdao, China
  • 年月日: 2015-06-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Thermoelectric Responses of Transition Metal Oxides Having Spin/Orbital Correlations (2015)
  • 著者名/発表者名: Tetsuji Okuda
  • 学会等名: The BIT's 4th Annual World Congress of Advanced Materials-2015
  • 発表場所: Chongqing, China
  • 年月日: 2015-05-27
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] デラフォサイト型酸化物CuMO2 (M=Al,Cr,Fe)との比較によるクレドネライト型酸化物CuMnO2の電子構造 (2015)
  • 著者名/発表者名: 加藤諒, 大川万里生, 和達大樹, 吉田鉄平, 小野寛太, 池永英司, 奥田哲治, 齋藤智彦
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 早稲田大学, 東京都新宿区
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] La, Mn 置換したSrTiO3 におけるフォノン異常と熱電特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 梶本亮一, 中村充孝, 畑博人, 江藤貴弘, 奥田哲治
  • 学会等名: 第３回物構研サイエンスフェスタ ＆ 第６回MLFシンポジウム
  • 発表場所: つくば国際会議場（エポカルつくば）, 茨城県つくば市
  • 年月日: 2015-03-17 – 2015-03-18
• [学会発表] CuMO2 (M = Al,Cr,Mn,Fe)の電子構造 (2015)
  • 著者名/発表者名: 加藤諒, 大川万里生, 和達大樹, 吉田鉄平, 小野寛太, 池永英司, 奥田哲治, 斎藤智彦
  • 学会等名: 第28回日本放射光学会年会
  • 発表場所: 立命館大学, 滋賀県草津市
  • 年月日: 2015-01-10 – 2015-01-12
• [学会発表] ホイスラー合金Ru2-xFexCrSi の熱電能と熱伝導率 (2014)
  • 著者名/発表者名: 重松 理史，春森 浩平, 西迫 裕也, 重田 出, 奥田 哲治,三浦 良雄, 山内 徹, 廣井 政彦
  • 学会等名: 第6回半導体材料・デバイスフォーラム
  • 発表場所: 都城ロイヤルホテル, 宮崎県都城市
  • 年月日: 2014-12-21
• [学会発表] N-type Oxide Thermoelecric Materials Having Spin/Orbital Correlations (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Okuda
  • 学会等名: The 31st International Korea-Japan Seminar on Ceramics
  • 発表場所: Changwon, Korea
  • 年月日: 2014-11-26 – 2014-11-29
  • 招待講演
• [学会発表] CuCrO2の電子構造と磁気特性・輸送特性の関係 (2014)
  • 著者名/発表者名: 加藤 諒, 大川万里生, 和達大樹, 吉田徹平, Kozina Xeniya, 池永英司, 小野寛太, 奥田哲治, 齋藤智彦
  • 学会等名: 第７５回日本応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学, 北海道札幌市
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] La, Mn置換したSrTiO3におけるフォノン異常 (2014)
  • 著者名/発表者名: 梶本亮一, 中村充孝, 畑博人, 江藤貴弘, 奥田哲治
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 中部大学, 愛知県春日井市
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] ホイスラー合金Ru2-xFexCrSiの熱電特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 重松理史, 春森浩平, 西迫裕也, 重田出, 奥田哲治, 山内徹, 廣井政彦
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 中部大学, 愛知県春日井市
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] デラフォサイト型酸化物CuMO2 (M=Cr, Fe, Al)の電子構造 (2014)
  • 著者名/発表者名: 加藤諒, 大川万里生, 小野寛太, 奥田哲治, 齋藤智彦
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 中部大学, 愛知県春日井市
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] Effects of Mn Subsitution on the Thermoelectric Properties of the Electron-doped Perovskite Sr1-xLaxTiO3 (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Okuda, H. Hata, T. Etoh, K. Nishina, H. Kuwahara, M. Nakamura, and R. Kajimoto
  • 学会等名: The 27th International Conference on Low Temperature Physics (LT27)
  • 発表場所: Buenos Aires, Argentina
  • 年月日: 2014-08-06 – 2014-08-13
• [学会発表] Effects of Mn substitution on the Thermoelectric Properties of the Electron-doped Perovskite SrTiO3 (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Okuda
  • 学会等名: EMN summer meeting
  • 発表場所: Cancun, Mexico
  • 年月日: 2014-06-09 – 2014-06-12
  • 招待講演
• [学会発表] 電子ドープSrTiO3の熱電特性におけるMn置換効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 畑博人、江藤貴弘、白石陽介、奥田哲治
  • 学会等名: 日本物理学会 第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
• [学会発表] 光電子分光によるデラフォサイト型酸化物CuMO2 (M=Al,Fe)の電子構造の研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 加藤諒、大川万里生、和達大樹、吉田鉄平、Xeniya Kozina、池永英司、小野寛太、奥田哲治、齋藤智彦
  • 学会等名: 日本物理学会 第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
• [学会発表] Effect of Mn Substitution of the Thermoelectric Properties of the Electron-doped Perovskite SrTiO3 (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Okuda
  • 学会等名: EMN Summer Meeting
  • 発表場所: カンクン（メキシコ）
  • 招待講演
• [学会発表] Low-Energy Spin Fluctuations in CuCrO2 andCu0.85Ag0.15CrO2 Studied by Inelastic Neutron Scattering (2013)
  • 著者名/発表者名: Ryoichi Kajimoto, Kenji Nakajima, Seiko Ohira-Kawamura, Yasuhiro Inamura,Tetsuji Okuda, and Keisuke Tomiyasu
  • 学会等名: The international conference of strongly correlated electron systems
  • 発表場所: 東京大学
• [学会発表] 三角格子反強磁性体CuCrO2における磁気散漫散乱 (2013)
  • 著者名/発表者名: 梶本亮一，中島健次，河村聖子，稲村泰弘，奥田哲治，富安啓輔
  • 学会等名: 日本物理学会 2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学
• [学会発表] Ba2Ti6O13の合成と熱電特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 待鳥雄祐，新村崇，江藤貴弘，後田慎太郎，奥田哲治
  • 学会等名: 日本物理学会 2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学
• [学会発表] ペロブスカイト型酸化物Sr1-xLaxTi1-yMnyO3の熱電特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 畑博人，白石陽介，奥田哲治
  • 学会等名: 日本物理学会 2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学
• [学会発表] 三角格子反強磁性体CuCrO2における低エネルギー におけるスピン揺らぎ (2013)
  • 著者名/発表者名: 梶本亮一、中島健次、河村聖子、稲村泰弘、富安啓輔、奥田哲治
  • 学会等名: 中性子科学会
  • 発表場所: ちば県民プラザ（千葉県柏市柏の葉）