ヒューム・ロザリー則の機構解明とそれを応用したAl-基熱電材料の創製

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15206068
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 水谷 宇一郎 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (00072679)
• 研究分担者: 琵琶 哲志 名古屋大学, 工学研究科, 助手 (50314034) ; 竹内 恒博 名古屋大学, 難処理人工物研究センター, 講師 (00293655) ; 生田 博志 名古屋大学, 工学研究科, 助教授 (30231129)
• キーワード: ヒューム・ロザリー則 / 擬ギャップ系 / 熱電変換材料

研究概要

特定の電子濃度において特定の相が安定化することを指摘したHume-Rothery則は70年以上にわたって冶金学の黄金則として合金設計に利用されてきた。本研究はこの経験則が何故成り立つかを理解し、この機構で安定化する物質がフェルミ準位に擬ギャップを形成することを活用して新しい熱電材料の創製を図ることが目的としている。本年度の研究実績を以下に示す。
(1)Al-Li-Cu近似結晶の電子構造をLMTO-ASA法及びNearly Free Electron近似で計算し、系を安定化させるフェルミ準位に生成する擬ギャップが(631), (543), (710), (550) zoneとフェルミ面の相互作用で生じていることを実証し、これまで経験則として使われて来たHume-Rothery則の物理的解釈を与えることに成功した(佐藤、竹内、水谷)。
(2)Al-Re-Si近似結晶を作成しその擬ギャップ構造をバンド計算と高分解能光電子分光法で精査し、同時にゼーベック係数を測定しフェルミ準位における擬ギャップ構造と熱電特性の関係を明らかにした(竹内、生田、水谷)。
(3)Fe_2VAl系では擬ギャップ内のフェルミ準位をAlのSi置換及びVのTi、Mo置換で移動させゼーベック係数を正から負(-140μV/K)へと大きく変化させることに成功した(西野、水谷)。

研究成果

• [文献書誌] T.Takeuchi: "Contribution of local atomic arrangements and electronic structure to high electrical resistivity in the Al_<82.6-x> Re_<17.4>Si_x (7【less than or equal】X【less than or equal】12) 1/1-1/1-1/1 approximant"Physical Review B. 68. 184203-184203 (2003)
• [文献書誌] U.Mizutani: "Interpretation of the Hume-Rothery rule in quasicrystals and their approximants"J.Non-Crystalline Solids. 334-335. 331-335 (2004)
• [文献書誌] T.Takeuchi: "Structure of the Al_<65>Rh_<27>Si_8 2/1-2/1-2/1 approximant"J.Non-Crystalline Solids. 334-335. 161-166 (2004)
• [文献書誌] H.Takahashi: "Phase stability of Cd-Y-Yb quasicrystal and 1/1-1/1-1/1 approximant"J.Non-Crystalline Solids. 334-335. 228-233 (2004)