III族クラスタ系物質の物質探索

2011 年度 研究成果報告書

• 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
• 研究課題/領域番号: 19051005
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 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) ; 曽我 公平 東京理科大学, 基礎工学部, 准教授 (50272399) ; 岡田 純平 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (90373282)
• 連携研究者: 高際 良樹 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助教 (90549594) ; 兵藤 宏 東京理科大学, 基礎工学部, 助教 (30548863) ; 金沢 育三 東京学芸大学, 教育学部, 教授 (00134768)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2011
• キーワード: ナノ材料 / クラスター / 熱電変換材料 / 超伝導材料 / 準結晶

研究概要

廃熱を電気エネルギーに変換することができる熱電変換材料の新しい性能向上設計指針を提案し、アルミ系正20面体準結晶に適応して指針の有効性を確かめた。Β菱面体晶ボロンおよびα正方晶ボロンでは、正20面体クラスターに属さないサイトの原子が抜けて、ドープ電子を自己補償することを発見した。一方、正20面体クラスターのみで構築されるα菱面体晶ボロンでは自己補償が起きず、Liドープにより超伝導が発現した。

研究成果

• [雑誌論文] Self-compensation property of β-rhombohedral boron doped with high Li concentration (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Hyodo, Akimitsu Nezu, Kohei Soga and Kaoru Kimura
  • 雑誌名: Solid State Sciences 巻: (in press, 掲載確定)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Persistence of Covalent Bonding in Liquid Silicon Probed by Inelastic X-Ray Scattering (2012)
  • 著者名/発表者名: J. T. Okada, P. H.-L. Sit, Y. Watanabe, Y. J. Wang, B. Barbiellini, T. Ishikawa, M. Itou, Y. Sakurai, A. Bansil, R. Ishikawa, M. Hamaishi, T. Masaki, P.-F. Paradis, K. Kimura, T. Ishikawa and S. Nanao
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 108 ページ: 067402-1-067402-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superconductivity in Li-doped α-rhombohedral boron (2011)
  • 著者名/発表者名: Takenori Nagatochi, Hiroshi Hyodo, Atsuro Sumiyoshi, Kohei Soga, Yohei Sato, Masami Terauchi, Fumitaka Esaka and Kaoru Kimura
  • 雑誌名: Physical Review 巻: B 83 ページ: 184507-1-184507-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Seebeck Coefficient and Power Factor of Single-Crystalline Boron Nanobelts (2011)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Kirihara, Takeshi Sasaki, Naoto Koshizaki and Kaoru Kimura
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 4 ページ: 041201-1-041201-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low Critical Concentration of Metal-Insulator Transition of Vanadium Doped Amorphous Boron (2011)
  • 著者名/発表者名: Kenji Tanabe, Kohei Soga, Shizuka Hosoi, Kazuaki Osumi, Hideshi Yamaguchi, Tomoya Uruga, and Kaoru Kimura
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 80 ページ: 024709-1-024709-11
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carrier doping into boron nanobelts by neutron transmutation (2010)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Kirihara, Yoshiki Shimizu, Yoichi Yamada, Fumitaka Esaka, Takeshi Sasaki, Naoto Koshizaki, Hiroyuki Yamamoto, Shin-ichi Shamoto, and Kaoru Kimura
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 97 ページ: 212105-1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Composition dependence of thermoelectric properties of binary narrow-gap Ga67-xRu33+x compound (2010)
  • 著者名/発表者名: Yoshiki Takagiwa, Junpei T. Okada and Kaoru Kimura
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 巻: 507 ページ: 364-369
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and formation mechanism of hydrogenated boron clusters B12Hn with controlled hydrogen (2010)
  • 著者名/発表者名: Yuji Ohishi, Kaoru Kimura, Masaaki Yamaguchi, Noriyuki Uchida and Toshihiko Kanayama
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 巻: 133 ページ: 074305-1-074305-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quasicrystalline Tenfold Symmetry Order in Boron Compounds (2010)
  • 著者名/発表者名: Yoshinobu Miyazaki, Junpei Okada, Eiji Abe, Yoshihiko Yokoyama, and Kaoru Kimura
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan(Editors' Choice, JPSJ注目論文) 巻: 79 ページ: 073601-1-073601-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermoelectric Properties of Icosahedral Al-Pd-(Mn or Re) Quasicrystals: Improvement of the ZT Value by Ga Substitution for Al Atoms (2010)
  • 著者名/発表者名: Yoshiki Takagiwa, Takahiko Kamimura, Junpei Tamura Okada and Kaoru Kimura
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials 巻: 39 ページ: 1885-1889
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermoelectric Properties of Binary Semiconducting Intermetallic Compounds AL2Ru and Ga2Ru Synthesized by Spark Plasma Sintering Process (2010)
  • 著者名/発表者名: Yoshiki Takagiwa, Yuka Matsubayashi, Akitoshi Suzumura, Jumpei Tamura Okada and Kaoru Kimura
  • 雑誌名: Materials Transactions(第5回日本熱電学会欧文論文賞受賞論文) 巻: 51 ページ: 988-993
  • 査読あり
• [雑誌論文] Paul-Francois Paradis, Yasuhiro Watanabe and Kaoru Kimura, Viscosity of liquid boron (2010)
  • 著者名/発表者名: Junpei T. Okada, Takehiko Ishikawa, Yuki Watanabe
  • 雑誌名: Physical Review(Editors' Suggestion, PRB注目論文) 巻: B 81 ページ: 140201(R)-1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Metallic-covalent bonding conversion in boron icosahedral cluster solids studied using electron localizability indicator (2009)
  • 著者名/発表者名: Michitaka Yamaguchi, Yuji Ohishi, Sizuka Hosoi, Kohei Soga and Kaoru Kimura
  • 雑誌名: J. Phys.: Conf. Ser. 巻: 176 ページ: 012027
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermoeletric properties of Al-Pd-Re quasicrystal sintered by Spark Plasma Sintering (SPS): effect of improvement of microstructure (2009)
  • 著者名/発表者名: Yoshiki Takagiwa, Takahiko Kamimura, Shizuka Hosoi, Junpei T. Okada and Kaoru Kimura
  • 雑誌名: Zeitschrift fur Kristallographie 巻: 224 ページ: 79-83
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermoelectric properties of polygrained icosahedral Al71-xGaxPd20Mn9 (x=0,2,3,4) quasicrystals (2008)
  • 著者名/発表者名: Yoshiki Takagiwa, Takahiko Kamimura, Shizuka Hosoi, Junpei T. Okada and Kaoru Kimura
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 104 ページ: 073721-1-073721-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of hydrogenated boron clusters in an external quadrupole static attraction ion trap (2008)
  • 著者名/発表者名: Yuji Ohishi, Kaoru Kimura, Masaaki Yamaguchi, Noriyuki Uchida and Toshihiko Kanayama
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 128 ページ: 124304-1-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural vacancies in Al-Pd-Mn quasicrystal and its (1/1, 2/1)-AlPdMnSi approximant crystals positron lifetime studies (2008)
  • 著者名/発表者名: Yoshiki Takagiwa, Junpei T. Okada, Kaoru Kimura, Hiroki Kitahata, Yasuhisa Matsushita and Ikuzo Kanazawa
  • 雑誌名: Philosophical Magazine 巻: 88 ページ: 1929-1934
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure and electronic properties of Mg-doped β-rhombohedral boron constructed from icosahedral clusters (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Hyodo, S. Araake, S. Hosoi, K. Soga, Y. Sato, M. Terauchi and K. Kimura
  • 雑誌名: Phys. Rev. 巻: B 77 ページ: 024515-1-024515-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improvement of thermoelectric properties of icosahedral AlPdRe quasicrystals by Fe substitution for Re (2007)
  • 著者名/発表者名: J. T. Okada, T. Hamamatsu, S. Hosoi, T. Nagata, K. Kimura and K. Kirihara
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 101 ページ: 103702-1-103702-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron Density Distributions in Derivative Crystals of α-Rhombohedral Boron (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Hosoi, H. Kim, T. Nagata, K. Kirihara, K. Soga, K. Kimura, K. Kato and M. Takata
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 76 ページ: 044602-1-044602-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Composition dependence of positron annihilation lifetime for Al-Pd-Re-Ru quasicrystal and 2/1-AlPdRu approximant crystal (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, J. Kobayashi, Y. Matsushita, I. Kanazawa, T. Nagata, K. Kimura, and Y. Kobayashi
  • 雑誌名: Phys. Stat. Sol. 巻: (c) 4 ページ: 3570-3572
  • 査読あり
• [雑誌論文] New approximant crystals of decagonal B-Mg-Ru quasicrystal (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyazaki, J.T. Okada, and K. Kimura
  • 雑誌名: Phil. Mag. 巻: 87 ページ: 2701-2706
  • 査読あり
• [学会発表] 半導体準結晶への２つのアプローチのその後とボロン系"準結晶"の発見 (2012)
  • 著者名/発表者名: 木村薫
  • 学会等名: 日本物理学会 第67回年次大会
  • 発表場所: 西宮(企画講演)
  • 年月日: 2012-03-27
• [学会発表] Self-Compensation and Bonding- Conversion in B-Based and Al-Based Icosahedral Cluster Solids (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Kimura, H. Hyodo, Y. Takagiwa, K. Kirihara, K. Soga , K. Kato and M. Takata
  • 学会等名: 17th International symposium on Boron, Borides and Related Materials
  • 発表場所: Istanbul, Turkiye(invited)
  • 年月日: 20110911-17
• [学会発表] 狭バンドギャップ金属間化合物Ga2Ru1-x(Co,Rh)xの熱電特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 高際良樹, 北原功一, 木村薫
  • 学会等名: 日本熱電学会 第8回学術講演会
  • 発表場所: 札幌(日本熱電学会講演奨励賞)
  • 年月日: 20110808-09
• [学会発表] Thermoelectric properties of Al-based quasicrystals and related semiconducting intermetallic compounds (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, I. Kanazaw and K. Kimura
  • 学会等名: The 6th Asian Internatinal Workshop on Quasicrystal
  • 発表場所: Seoul, Korea(Invited)
  • 年月日: 20110530-0602
• [学会発表] Li Intercalation into Hexagonal Boron Nitride (2010)
  • 著者名/発表者名: Atsuro Sumiyoshi, Hiroshi Hyodo and Kaoru Kimura
  • 学会等名: 2010 MRS Fall Meeting
  • 発表場所: Boston, USA (Poster, Poster Award of Symposium CC)
  • 年月日: 20101129-1202
• [学会発表] Ga3Ru及びIn3Ruの熱電特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 松林佑華, 高際良樹, 木村薫
  • 学会等名: 日本熱電学会 第7回学術講演会
  • 発表場所: 東京(日本熱電学会講演奨励賞)
  • 年月日: 20100819-20
• [学会発表] Mechanism of Electrical Transport in Boron Nanobelts (2008)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Kirihara, Kenji Kawaguchi, Yoshiki Shimizu, Takeshi Sasaki, Naoto Koshizaki, Kohei Soga, Hiroshi Hyodo, and Kaoru Kimura
  • 学会等名: 16th International Symposium on Boron, Borides and Related Materials (ISBB2008)
  • 発表場所: Matsue, Japan (invited)
  • 年月日: 20080907-12
• [学会発表] Electrical Resistivity Measurements of α-Boron at High Pressure and Low Temperature (2008)
  • 著者名/発表者名: Katsuya Shimizu, Masahiro Kaneshige, Hiroshi Hyodo and Kaoru Kimura
  • 学会等名: 16th International Symposium on Boron, Borides and Related Materials (ISBB2008)
  • 発表場所: Matsue, Japan (invited)
  • 年月日: 20080907-12
• [学会発表] Improvement of Thermoelectric Properties of Icosahedral Cluster Solids by Chemical Bonding Control (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Kimura, J. T. Okada, H. Kim, S. Hosoi, Y. Takagiwa, T. Kamimura, K. Akiyama, T. Hamamatsu, T. Nagata and K. Kirihara
  • 学会等名: The DOYAMA SYMPOSIUM on Advanced Materials
  • 発表場所: Tokyo, Japan (inveited)
  • 年月日: 2007-09-06
• [図書] 準結晶の物理、5章 準結晶の電子物性、7章 その他の物性(7.1節 磁性)、8章 準結晶の応用の可能性(8.1節 熱電材料の可能性) (2012)
  • 著者名/発表者名: 竹内伸、枝川圭一、蔡安邦、木村薫
  • 総ページ数: 69-86, 100, 111-115
  • 出版者: 朝倉書店
• [図書] 熱電変換技術の基礎と応用-クリーンなエネルギー社会を目指して-、第3章 材料、12節 13族-遷移金属の擬ギャップ・狭ギャップ系材料 (2011)
  • 著者名/発表者名: 高際良樹、木村薫
  • 総ページ数: 122-129
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] ホウ素・ホウ化物および関連物質の基礎と応用、ホウ素固体の物理的性質、化学的性質 (2008)
  • 著者名/発表者名: 宇野良清、木村薫
  • 総ページ数: 3-48
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] 熱電変換技術ハンドブック、クラスター固体 (2008)
  • 著者名/発表者名: 木村薫、岡田純平
  • 総ページ数: 191-200
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
• [備考]
  • URL: http://www.phys.mm.t.u-tokyo.ac.jp/