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2004 年度 研究成果報告書概要

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

研究課題

研究課題/領域番号 15206068
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 金属物性
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 竹内 恒博  名古屋大学, エコトピア科学研究機構, 講師 (00293655)
佐藤 洋一  愛知教育大学, 教育学部, 教授 (20024094)
西野 洋一  名古屋工業大学, 工学部, 教授 (50198488)
生田 博志  名古屋大学, 工学研究科, 助教授 (30231129)
琵琶 哲志  名古屋大学, 工学研究科, 助手 (50314034)
研究期間 (年度) 2003 – 2004
キーワードHume-Rothery則 / FLAPW / LMTO-ASA / 熱電特性 / 準結晶・近似結晶 / Fe2VAl / 擬ギャップ構造 / フェルミ面ブリルアンゾーン相互作用
研究概要

本研究はHume-Rothery則の理論的解釈を第一原理バンド計算で明らかにし、Hume-Rothery合金群がフェルミ準位に擬ギャップを持つ特徴を活かして準結晶・近似結晶、Fe_2VAl系における熱電特性を評価した。得られた成果を以下に示す。
(1)Al-Li-cu近似結晶の電子構造をLMTO-ASA及びNFE近似で計算し、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証明し、Hume-Rothery則の物理的解釈を与えた。
(2)Al-Re-Si,Al-Mn-Si,Al-Pd-Mn-Re-Si,Al-Mn-Re-Si系近似結晶を合成し電子比熱係数とゼーベック係数、比抵抗、熱伝導度の温度依存性を詳細に解析し、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。
(3)Fe_2VAl系ではAlのSi置換及びVのTi、Mo置換で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。Fe_2VAlではVサイトに入ったFeが作り出すスピン揺らぎが比抵抗を増大させ熱電特性の劣化を生んでいる。そこで、FeをRuで置換した系において磁化が激減するのに伴い、低温の比抵抗及び磁気抵抗ともに急激に減少することを示した。これより熱電特性の劣化はVサイト上のFe原子による磁気欠陥が原因と結論した。
(4)単位胞に52個の原子を含むCu_5Zn_8,Cu_9Al_4,TM_2Zn_<11>(TM=Ni,Pd,Co,Fe)ガンマ相電子化合物についてFLAPWバンド計算を行い擬ギャップを支えるフェルミ準位近傍の電子状態の波動関数のフーリエ成分を解析することで(411),(330)zoneが擬ギャップの成因であることを証明し、ガンマ相合金におけるHume-Rothery則の本質を捉えることに成功した。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2005 2004 2003

すべて 雑誌論文 (12件)

  • [雑誌論文] Hume-Rothery Rule in Structurally Complex Alloy Phases2005

    • 著者名/発表者名
      U.Mizutani
    • 雑誌名

      Proceeding of TMS meeting.(2005) TMS Award-Winning Lecturer, Hume-Rothery Award

      ページ: 1-42

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Verification of the Hume-Rothery matching rule in the Cu5Zn8 and Cu9Al4 gamma-brasses from the first-principle band calculations2005

    • 著者名/発表者名
      R.Asahi, H.Sato, T.Takeuchi, U.Mizutani
    • 雑誌名

      Physical Review B 71

      ページ: 165103 1-165103 8

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Hume-Rothery Rule in Structurally Complex Alloy Phases2005

    • 著者名/発表者名
      U.Mizutani
    • 雑誌名

      Proceeding of TMS meeting. TMS Award-Winning Lecturer, Hume-Rothery Award

      ページ: 1-42

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [雑誌論文] Verification of the Hume-Rothery matching rule in the Cu5Zn8 and Cu9A14 gamma-brasses from the first-principle band calculations2005

    • 著者名/発表者名
      R.Asahi, H.Sato, T.Takeuchi, U.Mizutani
    • 雑誌名

      Physical Review B 71

      ページ: 165103 1-165103 8

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [雑誌論文] Orbital hybridizations versus the Fermi surface-Brillouin zone interaction in strongly hybridizing Al52.5Li32.5Cu15 1/1-1/1-1/1 approximant2004

    • 著者名/発表者名
      H.Sato, T.Takeuchi, U.Mizutani
    • 雑誌名

      Physical Review B 70

      ページ: 024210 1-024210 12

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Interpretation of the Hume-Rothery Rule in Complex Electron Compounds : g-phase Cu5Zn8 Compound, FK-Type Al30Mg40Zn30 and MI-Type Al68Cu7Ru17Si8 1/1-1/1-1/1 Approximants2004

    • 著者名/発表者名
      U.Mizutani, T.Takeuchi, H.Sato
    • 雑誌名

      Progress in Materials Science as a special issue dedicated to the retirement of Prof.T.B.Massalski from Carnegie-Mellon University 49

      ページ: 227-261

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Thermoelectric properties of Al_<82.6-x>Re_<17.4>Si_x 1/1-cubic approximants2004

    • 著者名/発表者名
      T.Takeuchi, T.Otagiri, H.Sakagami, T.Kondo, U.Mizutani, H.Sato
    • 雑誌名

      Physical Review B 70

      ページ: 144202 1-144202 7

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Orbital hybridizations versus the Fermi surface-Brillouin zone interaction in strongly hybridizing Al52.5Li32.5Cul5 1/1-1/1 -1/1 approximant2004

    • 著者名/発表者名
      H.Sato, T.Takeuchi, U.Mizutani
    • 雑誌名

      Physical Review B 70

      ページ: 024210 1-024210 12

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [雑誌論文] Interpretation of the Hume-Rothery Rule in Complex Electron Compounds : g-phase Cu5Zn8 Compound, FK-Type Al30Mg40Zn30 and Mi-Type Al68Cu7Rul7Si8 1/1-1/1-1/1 Approximants2004

    • 著者名/発表者名
      U.Mizutani, T.Takeuchi, H.Sato
    • 雑誌名

      Progress in Materials Science as a special issue dedicated to the retirement of Prof.T.B.Massalski from Carnegie-Mellon University Vol.49

      ページ: 227-261

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [雑誌論文] Thermoelectric properties of Al82.6-xRe17.4Six 1/1-cubic approximants2004

    • 著者名/発表者名
      T.Takeuchi, T.Otagiri, H.Sakagami, T.Kondo, U.Mizutani, H.Sato
    • 雑誌名

      Physical Review B 70

      ページ: 144202 1-144202 7

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [雑誌論文] Contribution of local atomic arrangements and electronic structure to high electrical resistivity in Al82.6-xRe17.4Six(7≦x≦12)1/1-1/1-1/1 approximant2003

    • 著者名/発表者名
      T.Takeuchi, T.Onogi, H.Sato, T.Otagiri, U.Mizutani, K.Kato, T.Kamiyama
    • 雑誌名

      Physical Review B. 68

      ページ: 184203 1-184203 10

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Contribution of local atomic arrangements and electronic structure to high electrical resistivity in Al82.6-xRe17.4Six (7 ÅOxÅO12) 1/1-1/1-1/1 approximant2003

    • 著者名/発表者名
      T.Takeuchi, T.Onogi, H.Sato, T.Otagiri, U.Mizutani, K.Kato, T.Kamiyama
    • 雑誌名

      Physical Review B 68

      ページ: 184203 1-184203 10

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より

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公開日: 2006-07-11  

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