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2010 年度 実績報告書

クラスレート化合物のナノ機能分離構造を利用した磁電・熱電機能素子の開発研究

研究課題

研究課題/領域番号 21560332
研究機関山口大学

研究代表者

小柳 剛  山口大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (90178385)

研究分担者 浅田 裕法  山口大学, 大学院・理工学研究科, 准教授 (70201887)
岸本 堅剛  山口大学, 大学院・理工学研究科, 助教 (50234216)
キーワードクラスレート化合物 / 熱電気的特性 / 磁気的特性 / RKKY相互作用 / 焼結体 / 薄膜
研究概要

本年度は、以下の熱電クラスレート、磁性クラスレートの焼結体及び薄膜について研究を行った。熱電クラスレートに関しては、Ge系クラスレートBa_8Ga_<16>Ge_<30>では、籠に挿入する元素をBa以外にSrの2種類を挿入することにより、バンド構造の変化に伴うと考えられる有効質量の増加によって、熱電性能が増加することがわかった。また、Sn系クラスレートBa_8Ga_xSn_<46-x>、では、まだ研究が行われていない基礎的な輸送現象を測定した。n型、p型とも室温付近から高温では音響フォノン散乱が支配的であったが、低温では、移動度の温度特性が、n型ではほとんど温度変化が無かったのに対して、p型では活性化型の温度特性を示すことがわかった。
磁性クラスレートに関しては、タイプIII Ba_6Fe_1Ga_xGe_<24-x>では、Ga組成xの変化に伴うキャリア密度の変化によってキュリー温度が変化し、最高で、キュリー温度T_c=301Kと、これまでこの材料系で報告されている値よりも高いものが得られた。このキュリー温度のキャリア密度依存性について、RKKY相互作用により解析を行い、この相互作用で磁性クラスレートの磁性をほぼ説明できることがわかった。タイプI Ba_8Fe_yGa_xGe_<46-x-y>では、Feの組成y=1、2で、Gaの組成x=2~15まで変化させた化合物の合成に成功し、クラスレート相によるものと考えられる強磁性が観測された(T_c=230K)。
磁性クラスレートの薄膜に関しては、タイプIについて、その母体化合物であるBa_8Ga_<16>Ge_<30>の薄膜成長がスパッタ法により可能となり、磁性イオンFeをドープした薄膜はキュリー温度T_c=220Kを示す磁性を確認した。タイプIII Ba_6Ga_<3.5>Ge_<21.5>に関しても薄膜成長を試みたが、タイプIとタイプIIIの混相となって、タイプIII単一層の成長が得られなかった。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2010

すべて 学会発表 (3件)

  • [学会発表] Feドープクラスレート化合物Ba_6Fe_1Ga_xGe_<24-x>の合成と磁気特性2010

    • 著者名/発表者名
      嶋田拓磨, 石田貴一, 小柳剛, 浅田裕法, 岸本堅剛
    • 学会等名
      2010年秋季第71回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      長崎大
    • 年月日
      2010-09-14
  • [学会発表] マグネトロンスパッタ法による遷移金属ドープBa_8Ga_<16>Ge_<30>クラスレート薄膜の作製2010

    • 著者名/発表者名
      岡晃功, 財満修, 岸本堅剛, 浅田裕法, 小柳剛
    • 学会等名
      2010年秋季第71回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      長崎大
    • 年月日
      2010-09-04
  • [学会発表] Ba_8Ga_<16>Ge_<30>クラスレートの熱電特性に及ぼすBaサイトへのSr置換効果2010

    • 著者名/発表者名
      若林昇一郎, 岸本堅剛, 柿田正和, 浅田裕法, 小柳剛, 赤井光治
    • 学会等名
      第7回日本熱電学会学実講演会
    • 発表場所
      東京大学
    • 年月日
      2010-08-19

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公開日: 2012-07-19  

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