| 研究課題/領域番号 |
25420723
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 独立行政法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
磯部 雅朗 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他 (10354309)
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| 研究分担者 |
新井 正男 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他 (40222723)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 熱電材料 / 遷移金属化合物 / 強相関電子系 / 磁性 / 計算物理 |
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| 研究概要 |
本研究の目的は、遷移金属化合物を対象として、その強い電子相関に由来する異常に高い熱起電力の起源を調べ、より高性能の新しい熱電材料を設計するための指針を得ることにある。具体的には、課題申請者がごく最近合成に成功したコバルト酸化物としては世界初となる一次元金属物質(Ca,Na)Co2O4 を取り上げ、電子構造の観点から、その異常熱起電力の原因を探る。第一原理バンド計算と良質試料を用いた分光測定による電子構造・電子状態の解析を行い、線形応答理論などを用いて異常熱起電力の起源を明らかにする。
高い熱電性能は、高いゼーベック係数と高い電気伝導率によってもたらされるが、本来、両者は相反する物理量であるため、両立は容易ではない。この問題を打開するには、物質の電子構造に立ち返って熱電特性の発現機構を深く理解すると共に、電子構造の観点から物質設計を行うことが必要である。
コバルト酸化物は、優れた熱電性能を示すことが知られている。その高い熱電性能の起源として、①スピン・軌道縮重残留エントロピー輸送効果や、②プリン型バンド効果などの理論が提唱されている。代表物質としては、従来から、NaxCoO2などの層状物質が多々取り上げられてきたが、研究対象を他の様々な物質に拡げることも重要である。原理検証や現象解明（物性研究）は多様な物質で行われてこそ、発現機構の一般化が可能となる。近年、研究代表者らは新物質CaCo2O4を合成発見し、そのNa置換体(Ca,Na)Co2O4が一次元金属として、優れた熱電性能を示すことを見いだした。本課題においては、(Ca,Na)Co2O4試料の良質化を行い、それを用いて詳細な物性を調べることで、本系の異常熱起電力の起源解明を図る。
H25年度は、試料合成を中心に検討を行い、(Ca,Na)Co2O4の良質多結晶試料を合成した。また、関連物質の物性評価も並行して進めた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
CaCo2O4のNa置換体の良質多結晶試料を合成した。さらに、単結晶試料の作製を進めている。良質試料は高精度の物性解析を可能にし、特異熱電性能の起源解明には不可欠である。
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| 今後の研究の推進方策 |
単結晶試料の作製を試みる。Na置換体の良質試料を用いて、電気伝導率と熱起電力の精密な測定と制御を行う。結晶構造の精密解析を行う。さらに、その構造パラメータを用いてバンド計算を行い、電子状態を推定する。最終的に、光電子分光・赤外分光を行い、電子状態を決定する。本系の熱電特性を、電子構造の観点から理解する。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
H25年度は、高圧合成消耗品（白金カプセル）の購入に予算を使用したものの、原料試薬などの消耗品は、これまでの備蓄で概ね対応できた。また、液体ヘリウムの供給抑制などが続いたこともあり、実際の使用額が予定額より少なくなったため、H26年度に繰り越すこととした。研究の進捗に影響はない。
高圧合成消耗部品の追加購入、及び、原材料や実験器具などの消耗品の購入、機器の修繕費等に充当する。
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