2018 年度研究成果報告書

熱電特性の大幅な改善を実現するFe2VAl系人工超格子膜の創製

研究課題

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研究課題/領域番号	16K21464
研究種目	若手研究(B)
配分区分	基金
研究分野	電子・電気材料工学金属物性・材料
研究機関	国立研究開発法人物質・材料研究機構
研究代表者	廣井慧国立研究開発法人物質・材料研究機構, 技術開発・共用部門, NIMSポスドク研究員 (10761588)
研究協力者	竹内恒博西野俊佑 Choi Seongho
研究期間 (年度)	2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード	フォノンエンジニアリング / 熱電材料 / エピタキシャル薄膜 / 人工超格子 / 熱輸送特性 / 界面熱抵抗
研究成果の概要	熱電変換効率に影響を与える格子熱伝導度の制御に焦点を当て、Fe2VAl系熱電材料を対象としたエピタキシャル薄膜・人工超格子膜の作成を行った。作成した薄膜・人工超格子膜の面直方位の熱伝導度を、ピコ秒パルス光加熱サーモリフレクタンス法によって測定し、膜厚や人工超格子の周期、積層させる重金属層の原子種を変更して系統的な熱伝導度変化を調べた。試料の結晶性や界面のラフネスは大型放射光施設SPring-8を利用した薄膜X線回折測定により調べた。作成試料の熱抵抗は界面でのフォノン散乱に起因していることがわかり、人工超格子の周期長と構成材料間の質量差などにより散乱の強さが変化することがわかった。
自由記述の分野	応用物理学
研究成果の学術的意義や社会的意義	本研究で明らかにした人工超格子内部の界面で起こる熱抵抗効果は、熱伝導度制御を必要とする材料で応用される。例えば熱電変換材料では低い熱伝導度を示す材料の開発が要求されるため、グレインサイズを小さくすることでグレイン界面密度を増やし、熱抵抗を増大させることにつながる。一方で、本研究が示した、人工超格子の周期長短縮における熱伝導度低減効果の、短周期長領域における抑制は、ナノ構造化による熱伝導度低減効果の限界値を示唆するものであるため、所与の熱電材料の変換効率の限界値の推定に役立てる可能性を持つ。