| 研究分担者 |
荻田 典男 広島大学, 大学院・総合科学研究科, 准教授 (90211812)
高畠 敏郎 広島大学, 大学院・先端物質科学研究科, 教授 (40171540)
伊賀 文俊 広島大学, 大学院・先端物質科学研究科, 准教授 (60192473)
梅尾 和則 広島大学, 自然科学研究支援開発センター, 准教授 (10223596)
谷口 雅樹 広島大学, 大学院・理学研究科, 教授 (10126120)
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| 研究概要 |
本計画班は,充填スクッテルダイトの格子物性及び電子物性を光学的手段による微視的立場からの解明と高効率熱電材料の探索を目的とし,以下に示す成果を得た。
光学測定班は,充填スクッテルダイトLaT_4X_12(T=Fe,Ru,Os, X=P, Sb)における格子振動の分散関係を第1原理計算から決定し, Sbではカゴがゲスト原子の運動に対して大きく歪み,電子-格子相互作用も増大することを見いだした。また,磁場依存ラマン散乱よりPrRu_4P_12のPrイオンの結晶場励起を精密に決定した。更に,クラスレートにおいてはゲスト原子の非中心ラットリングが格子熱伝導率低下の要因であると同時に,カゴの大きな異方性が非中心位置をとることの原因であることも明らかにした。
熱電測定班は, AOs_4Sb_12のAをSr,Ba,La,Ceとしたとき,局在振動エネルギーがA=Laの場合に最も小さい事を見出し,低エネルギーラットリングが熱伝導率を抑制することを明確にした。さらに, Laを質量差の大きなCaで置換した(Ca_1-xLa_x)Fe_3Co_1Sb_12では, x=0. 6で熱電変換無次元性能指数の800Kでの値が0.9に達し,実用材料の候補どなる。既報17種類のタイプIクラスレートの格子熱伝導率は,ゲストの可動長が増大するにつれて直線的に減少することを見出し,ラットリングが格子熱伝導率を抑制していることを確立した。
放射光測定班はクラスレートBa_8Ga_16Sn_30単結晶(タイプ1およびタイプ8)の高分解能軟X線・硬X線光電子分光実験を行った。結晶構造が同一であれば,n型とp型では価電子帯,内殻準位ともにリジッドバンド的に振る舞うことが明らかになった。一方、ラットリングに関与するBa4d内殻スペクトルは,内包されるカゴの大肯さに依存して結合エネルギーが異なることも明らかとなった。
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