希土類及びII族元素を内包したクラスレートの複合自由度を活かした 熱電物性開拓

2008 年度 自己評価報告書

• 研究課題/領域番号: 18204032
• 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: 物性Ⅱ
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 高畠 敏郎 広島大学, 大学院・先端物質科学研究科, 教授 (40171540)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2009
• キーワード: クラスレート / 熱電変換 / 格子振動 / ラマン散乱 / 超音波物性 / 熱伝導

研究概要

カゴの中にゲスト原子を内包する化合物では, ゲストが独立した運動の自由度を保ちながらカゴの電子・格子系と相互作用するために, 特異な超伝導や極めて低い熱伝導などの新規な物性が発現する。熱電変換物質として注目されているカゴ状物質であるクラスレートは, 極めて低い熱伝導と巨大な熱電能を示す。その物理的起源を解明する目的で下記の研究を行う
(1) 結晶構造タイプとキャリアを制御したII族元素内包クラスレートの単結晶試料, 及び希土類イオンを内包させた新規なカゴ状化合物を合成する
(2) そのバルク測定(熱輸送)とミクロ測定(超音波, ラマン散乱, 中性子散乱, 光電子分光)を行う。加圧によってカゴを縮め, ゲストのラットリング運動を非中心から中心へと遷移させる
(3) 巨大な熱電能と低い熱伝導とが共存できる条件を明らかにする

研究成果

• [雑誌論文] Simultaneous structure and carrier tuning of dimorphic clathrate Ba_8Ga_<16>Sn_<30> (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] Off-center rattling and anisotropic expansion of type-I clathrates studied 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. Lett. 100 ページ: 165503 (1-4)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ba_8Ga_<16>Sn_<30> 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)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cage-size control of guest vibration and thermal conductivity in Sr_8Ga_<16.Si_<30-x>Ge_x (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Suekuni, M. A. Avila, K. Umeo, T. Takabatake
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 75 ページ: 195210 (1-6)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elastic properties of Eu_8Ga_<16>Ge_<30> (2007)
  • 著者名/発表者名: I. Ishii, H. Higaki, S. Morita, M. A. Avila, T. Takabatake, T. Suzuki
  • 雑誌名: J. Magn. Magn. Mater. 310 ページ: 957-959
  • 査読あり
• [雑誌論文] Glasslike versus crystalline thermal conductivity in carrier-tuned Ba_8Ga_<16>X_<30> clathrates (X=Ge, Sn) (2006)
  • 著者名/発表者名: M.A. Avila, K. Suekuni, K. Umeo, H. Fukuoka, S. Yamanaka, T. Takabatake
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 74 ページ: 125109 (1-8)
  • 査読あり
• [学会発表] Local phonon dynamics in thermoelectric clathrates with off- center rattling ions, 10^<th> German- Japanese Symp. "Collective Quantum- Phenomena in Correlated Condensed Matter Systems" (2008)
  • 著者名/発表者名: 高畠敏郎
  • 学会等名: Ringberg Castle
  • 発表場所: Rottach-Egem, Germany
  • 年月日: 2008-09-30
• [学会発表] Thermoelectrics of Kondo semiconductors and intermetallic clathrates (2008)
  • 著者名/発表者名: 高畠敏郎
  • 学会等名: ARW Workshop on Properties and Applications of Thermoelectric Materials
  • 発表場所: Hvar, Croatia
  • 年月日: 2008-09-20
• [学会発表] Thermoelectric properties of f-electron compounds with hybridization gaps (2008)
  • 著者名/発表者名: 高畠敏郎
  • 学会等名: 25th Rare Earth Research Conf.
  • 発表場所: Tuscaloosa, Alabama, USA
  • 年月日: 2008-06-23
• [学会発表] Thermal conductivity reduction by rattling of nonmagnetic guest ions in skutterudites AT_4Sb_<12> (A=Ca, Sr, Ba, La ; T=Fe, Ru, Os) and intermetallic clathrates A_8Ga_<16>X_<30> (A=Sr, Ba ; X=Si, Ge, Sn) (2007)
  • 著者名/発表者名: 高畠敏郎
  • 学会等名: Intern. Conf. on New Quantum Phenomena in Skutterudite and Related Systems
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 2007-09-27
• [学会発表] Thermoelectricity in carrier- controlled clathrates A_8Ga_<16>X_<30> (A=Sr, Ba ; X=Ge, Sn) (2006)
  • 著者名/発表者名: 高畠敏郎
  • 学会等名: 25th Intern. Conf. on Thermo- electrics
  • 発表場所: Vienna, Austria
  • 年月日: 2006-08-08
• [図書] 熱電変換技術ハンドブック, 第2章熱電変換材料, 希土類近藤半導体(梶川武信) (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, 第5章 エレクトロニクス機能分野への応用 4. 熱電変換材料(足立吟也) (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 第1章 第4節 充填スクッテルダイト (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
• [備考] 宇田川眞行, 高畠敏郎「熱伝導率の原因解明」毎日新聞2008年5月20日朝刊6頁
• [備考] 宇田川眞行, 高畠敏郎「熱伝導制御原子の動き解明」科学新聞2008年6月6日
• [備考] 宇田川眞行, 高畠敏郎「夢の熱電物質開発へ」中国新聞2008年5月31日朝刊1頁
• [備考] 宇田川眞行, 高畠敏郎第7回広島大学学長表彰, 2008年11月26日「熱電変換クラスレートの熱伝導率抑制の機構を解明」