充填スクッテルダイト化合物における格子物性の研究

2008 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 15072205
• 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: 広島大学
• 研究代表者: 宇田川 眞行 広島大学, 総合科学研究科, 教授 (70144889)
• 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)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2007
• キーワード: 充填スクッテルダイト / カゴ状化合物 / 格子振動 / 熱電変換 / ラマン散乱 / 非調和振動 / 非中心ラットリング / 光電子分光

研究概要

充填スクッテダイトのみならず,I型クラスレートやβ-パイロクロアなどの一連のカゴ状化合物についてのラマン散乱測定から,大きなカゴに中の小さなゲスト原子は大振幅の振動であり,これが4次の非調和項によることを実験的に明らかにした。また,カゴ自身もゲスト原子の運動で大きく歪むことがROs4Sb12で得られた。また,熱電材料の無次元性能指数ZTが1に近い実用可能な物質もスクッテルダイトやクラスレートで発見した。特に,高性能熱電性能には,ゲスト原子の非中心位置での回転運動が重要であることを初めて解明した。

研究成果

• [雑誌論文] Off-center Rattling and Anistropic Expansion of Type-I Clathrates Stidied by Raman Scattering (2008)
  • 著者名/発表者名: Y.Takasu, T.Hasegawa, N.Ogita, M.Udagawa, M.A.Avila, K.Suekuni, T.Takabatake
  • 雑誌名: Phys. Rev. Letters 100 ページ: 165503/1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simultaneous structure and carrier tuning of dimorphic clathrate Ba8Ga16Sn30 (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Suekuni, M. A. Avila, K. Umeo, H.Fukuoka, S. Yamanaka, T. Nakagawa, T.Takabatake;
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 77 ページ: 235119 (1-8)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Raman Scattering Study of Guest Ion Motion in Cage Compounds (2008)
  • 著者名/発表者名: M.Udagawa, T.Hasegawa, Y.Takasu, N.Ogita, K.Suekuni, M.A.Avila, T.Takabatake, Y.Ishikawa, N.Takeda, Y.Nemoto, T.Goto, H.Sugawara, D.Kikuchi, H.Sato, C.Sekine, I.Shirotani, J.Yamaura, Y.Nagao, Z.Hiroi
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 77 Suppl.A ページ: 142-147
  • 査読あり
• [雑誌論文] Raman Scattering Study of Guest Ion Motion in Cage Compounds (2008)
  • 著者名/発表者名: Investigations of Lattice Dynamical Properties in Filled Skutterudite Compounds M.Udagawa, T.Hasegawa, Y.Takasu, N.Ogita, K.Suekuni, M.A.Avila, T.Takabatake,Y.Ishikawa, N.Takeda, Y.Nemoto, T.Goto, H.Sugawara, D.Kikuchi, H.Sato, C.Sekine,I.Shirotani, J.Yamaura, Y.Nagao, Z.Hiroi
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 77 Suppl.A ページ: 142-147
  • 査読あり
• [雑誌論文] First-principles calculation of lattice dynamics of skutterudite compounds (2008)
  • 著者名/発表者名: T.Hasegawa, Y.Takasu, N.Ogita, M.Udagawa
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 77 Suppl.A ページ: 248-250
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ba8Ga16Sn30 with type-I clathrate structure : Drastic suppression of heat conduction (2008)
  • 著者名/発表者名: M. A. Avila, K. Suekuni, K.Umeo, H.Fukuoka, S. Yamanaka, T. Takabatake
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 92 ページ: 041902 (1-3)1
• [雑誌論文] Dynamical properties of guestions in the type-I clathrate compounds X8Ga16Ge30(X=Eu,Sr,Ba) investigated by Raman scattering (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Takasu, T.Hasegawa, N.Ogita, M.Udagawa, M.A.Avila, K.Suekuni, I.Ishii, T.Suzuki, T.Takabatake
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 74 ページ: 174303/1-5
  • 査読あり
• [学会発表] ゲスト原子の動的性質-ラットリングモードとは? (2008)
  • 著者名/発表者名: 宇田川眞行
  • 学会等名: 日本物理学会シンポジウム「高い対称性の誘起する揺らぎと秩序」
  • 発表場所: 岩手大学
  • 年月日: 2008-09-20
• [学会発表] Raman Scattering Study of Guest Ion Motion in Cage Compounds (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Udagawa
  • 学会等名: Intern. Conf. on New Quantum Phenomena in Skutterudite and Related Systems
  • 発表場所: Kobe, Japan. (Oral)
  • 年月日: 20070926-30
• [学会発表] Thermal conductivity reduction by rattling of nonmagnetic guestions in skutterudites AT4Sb12 (A=Ca, Sr, Ba, La; T=Fe, Ru, Os) and intermetallic clathrates A8Ga16X30 (A=Sr, Ba; X=Si, Ge,Sn) (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Takabatake
  • 学会等名: Intern. Conf. on New Quantum Phenomena in Skutterudite and Related Systems
  • 発表場所: Kobe, Japan. (Oral)
  • 年月日: 20070926-30
• [学会発表] ラマン散乱で見えるゲスト原子の運動 (2007)
  • 著者名/発表者名: 宇田川眞行
  • 学会等名: 日本物理学会シンポジウム「カゴに内包された原子の局所振動」
  • 発表場所: 鹿児島大学
  • 年月日: 2007-03-18
• [学会発表] Thermoelectricity in carriercontrolled clathrates A8Ga16X30 (A=Sr, Ba; X=Ge, Sn) (2006)
  • 著者名/発表者名: T. Takabatake
  • 学会等名: 25th International conference on thermoelectrics
  • 発表場所: Vienna, Austria
  • 年月日: 20060806-10
• [図書] 熱電変換技術ハンドブック (2008)
  • 著者名/発表者名: 高畠敏郎
  • 総ページ数: 170-175
  • 出版者: NTS出版
• [図書] 希土類の機能と応用 (2006)
  • 著者名/発表者名: 北川二郎, 高畠敏郎
  • 総ページ数: 205-211
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] 熱電変換システムの高効率化・高信頼性化技術 (2006)
  • 著者名/発表者名: 高畠敏郎
  • 総ページ数: 62-73
  • 出版者: 技術情報協会