準結晶および近似結晶の電気伝導

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04452036
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 竹内 伸 東京大学, 物性研究所, 教授 (60013512)
• 研究分担者: 鈴木 邦夫 東京大学, 物性研究所, 助手 (50107439) ; 枝川 圭一 東京大学, 物性研究所, 助手 (20223654) ; 木村 薫 東京大学, 工学部, 助教授 (30169924)
• キーワード: 準結晶 / 近似結晶 / 電気伝導 / 電子の弱局在 / ホッピング伝導

研究概要

1.おもな新しい実験結果およびその解釈について、物質ごとに要約すると以下のようである。
(1)Al-Pd-Mn正20面体相:電気抵抗は温度降下と共にほぼ直線的に増加するが、Mn濃度の低い合金では数10Kで極大を示したのち減少する。Mn濃度の高い合金ではさらに低温で再び増加する。ヘリウム温度での比抵抗は合金組成によって10^3〜10^4μΩcmの範囲で大きく変わる。磁気抵抗効果の測定結果と併せて、この相の電気抵抗の挙動はスピン軌道相互作用の強い場合の弱局在理論でよく説明できることが明らかになった。
(2)Al-Pd-Re正20面体相:この合金でも電気抵抗値は組成によって大きく変化し、Al_<70>Pd_<20>Re_<10>合金ではヘリウム温度での値が1μΩcmを越す世界最高値が観測された。電気伝導率で表すと、その値は温度上昇と共にほぼ直線的に増加する。磁気抵抗効果の測定結果から、やはり電子の弱局在が重要な役割を果たしていることが明らかになったが、極端に高抵抗の試料の結果は弱局在理論では説明がつかず、ホッピング伝導的な挙動が見られた。
(3)Al-Cu-RuおよびAl-Cu-Fe正20面体相:いずれの相も電気伝導率は数10K以下では電子間相互作用の効果でT^<1/2>に比例して変化し、それより高温では弱局在の効果でTに比例して変化することが明らかになった。また、ホール係数の測定結果からキャリア濃度が温度で変化する事実が示唆された。
2.これまでのさまざまな実験結果から、準結晶および高次近似結晶では構造に由来してフェレミレベルの位置に常に擬ギャップが形成され、擬ギャップが深いほど電子がより強く局在する傾向をもつことが特徴的な電気伝導の挙動をもたらしていることが明らかになった。今後は局在の真の物理的根源が何なのか、準結晶で金属-絶縁体転移はありうるのかなどを明らかにすることが課題である。

研究成果

• [文献書誌] K.Edagawa: "Icosahedral and Approximant Phases in Mg-Ga-Al-Zn Alloy and their Electrical Resistivities" Phil.Mag.B. 65. 1011-1023 (1992)
• [文献書誌] 竹内伸: "準結晶の物性に関する研究" 学術研究の動向. 45. 866-871 (1992)
• [文献書誌] H.Akiyama: "Electrical Resistivity of Al-Pd-Mn Icosahedral Quasicrystals" J.Phys.Soc.Jpn.62. 639-646 (1993)
• [文献書誌] S.Takeuchi: "Electrical Resistivity of Single-Graind Quasicrystals" J.Non-cryst.Solids. 153/154. 353-356 (1993)
• [文献書誌] H.Akiyama: "Toward Insulating Quasicrystalline Alloy in Al-Pd-Re Icosabedral Phase" Jpn.J.Appl.Phys.32. L1003-L1004 (1993)
• [文献書誌] 木村薫: "準結晶の不思議な物性" パリティー. 8(10). 21-30 (1993)
• [文献書誌] S.Takeuchi: "Physical Propertics of Quasicrystals-An Experimental Review-" “Quasicrystals and Imperfectly Ordered Crystals". (Trans Tech Pub)(印刷中). (1994)
• [文献書誌] Y.Honda: "Formation of Al-Pd-Mn Icosahedral Quasicrystals and their Electrical Propertics" “Quasicrystals and Imperfectly Ordered Crystals". (Trans Tech Pub)(印刷中). (1994)
• [文献書誌] R.Tamura: "Electrical Conductivity and Hall Effect of Al-Cu-Ru and Al-Cu-Fe Quasicrystals" Mater.Sci.Eng.A. (発表予定). (1994)
• [文献書誌] 竹内伸: "準結晶" 産業図書株式会社, 138 (1992)