| 研究領域 | 配列ナノ空間を利用した新物質科学:ユビキタス元素戦略 |
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| 研究課題/領域番号 |
19051005
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| 研究機関 | 東京大学 |
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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)
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| 研究分担者 |
桐原 和大 独立行政法人産業技術総合研究所, ナノテクノロジー研究部門, 研究員 (70392610)
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| キーワード | クラスター / 正20面体 / ボロン / 超伝導 / 蒸気拡散法 / 準結晶 / 化学結合 / 熱電変換材料 |
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| 研究概要 |
本研究の目的は、これまで築いてきたユビキタス元素であるBとAlの正20面体クラスター固体の統一的描像をさらに進めつつ物質探索を行うことである。
具体的には、正20面体の対称性が非常に高いことから電子状態の縮重度が高くなり、フェルミ・エネルギーでの状態密度が高くなる可能性であり、これは超伝導にとって有利な状況で、超伝導転移温度T_Cの高い超伝導体を探索してきた。本年度は、昨年度までに明らかになったβ菱面体晶ボロンの自己補償が正20面体クラスター以外のクラスターで起きていたことから、正20面体クラスターのみで構成されるα菱面体晶ボロンへのLiドープを行った。α菱面体晶ボロンの結晶粒を覆っていた第2相を除去することによりLiドープに成功し、超伝導が発現した。
一方、このような複雑構造固体は、ナノスケール(クラスターベース)の複合材料と考えられ、単純構造固体では共存できない物性を併せ持つ可能性がある。単純構造固体では共存しない低い熱伝導率κ、高い電気伝導率σ、大きなゼーベック係数Sを併せ持ち、大きな熱電性能指数(Z=S^2σ/κ)を持つ可能性が予想され、新しい熱電変換材料を探索してきた。本年度は、新しく提案した設計指針(Weakly Bonded Rigid Heavy Clusters、WBRHC)により、昨年度までのAlPdRe準結晶に代わり、AlPdMn準結晶中のクラスター間の結合を弱めるために、AlのGa置換を行い、ZT=0.26までの熱電性能の向上に成功した。さらに、準結晶の関連物質であるAl_2RuのAlをGaに置換することで、ZTの最大値を0.5にまで向上させることに成功した。
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