2001 Fiscal Year Annual Research Report

フォノン物性制御による高効率熱電半導体の開発研究

Research Project

Project/Area Number	13750636
Research Category	Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
Research Institution	Tokyo University of Science, Yamaguchi
Principal Investigator	阿武宏明山口東京理科大学, 基礎工学部・電子基礎工学科, 講師 (60279106)
Keywords	熱電材料 / スクッテルダイト / フォノン / 熱伝導率 / 価数揺動 / イッテルビウム / 電子構造 / 光電子分光
Research Abstract	本研究では、新しい熱電変換用電子材料としてスクッテルダイト型結晶構造をもつCoSb_3系化合物について、熱電性能を飛躍的に向上させるための電子・フォノン輸送特性の制御について基礎研究した。この物質のもつ特有のかご状結晶構造に着目して、かご格子(空隙)中に希土類Ybイオンを充填した物質を創製し、その充填原子の熱振動、価数不安定性、電子構造と電子・フォノン物性との関連について詳しく調べた。 CoSb_3化合物のかご格子中にYbイオンを充填した新規化合物の創製を、溶融法と放電プラズマ焼結法を併用したプロセスにより行った。CoSb_3へのYbイオンの充填は、最大で約10at%程度であり、CoサイトをFeで置換して電荷補償するとほぼ100at%充填可能であることがわかった。また、Ybの原子変位パラメータの値は、Co、Sbより大きく、希土類La、Ce充填の場合と比べても大きく、結晶格子中で大きく熱振動していることがわかった。このYb充填化合物の格子熱伝導率はCoSb_3の約1/4と極端に低く、Yb充填はフォノンの散乱効果が大きいことがわかった。X線光電子分光測定より、充填されたYbイオンの電子状態を調べ、その電子構造、電子・フォノン物性との関連について考察した。その結果、Ybイオンは2価と3価の価数揺動状態にあり、価電子帯頂上付近は主にYb^<2+>の4f軌道とCo3d軌道との混成により形成されていることがわかった。この混成を通した充填YbイオンとCoSb_3格子との間の相互作用が電子・フオノン物性に影響を与え、特に格子熱伝導率の低減において重要な役割を果たしていると考えられる。したがって、かご状結晶構造中に価数の不安定な希土類イオンを充填することは、熱電物性を制御する一つの有効な手法であることがわかった。

Research Products
(6 results)

All Other

All Publications (6 results)

[Publications] Hiroaki Anno: "Electronic Structure and Thermoelectri c Properties of Ytterubium-Filled Skutterudties"Mat.Res.Soc.Symp.Proc.. Vol.691. G2.4.1-G2.4.6 (2002)
[Publications] J.Nagao: "The effect of magnetic atom substitution on the tunneling conductance in skutterudite CoSb_3 semiconductors"physica status solidi(b). Vol.228,No.3. 705-709 (2001)
[Publications] H.Anno: "Electronic Structure of Yb-filled CoSb_3 Skutterudites Studied by X-ray Photoelectron Spectroscopy"IEEE Proc.XX Int.Conf.on Thermoelectrics(ICT2001). Catalog No.01TH8589. 61-64 (2001)
[Publications] H.Anno: "Electronic Structure and Properties of Co_<1-x>M_xSb_3(M=Fe, Ni, Pd, Pt) Skutterudites"IEEE Proc.XX Int.Conf.on Thermoelectrics (ICT2001). Catalog No.01TH8589. 101-104 (2001)
[Publications] H.Anno: "Effect of Ag Substitution for Co on Thermoelectric Properties of NaCo_2O_4"IEEE Proc.XX Int.Conf.on Thermoelectrics (ICT2001). Catalog No.01TH8589. 201-213 (2001)
[Publications] 松原覚衛: "熱電変換工学-基礎と応用-(坂田亮、松原覚衛、梶川武信、西田勲夫編)"リアライズ社. 543 (2001)

2001 Fiscal Year Annual Research Report

フォノン物性制御による高効率熱電半導体の開発研究

Principal Investigator

阿武 宏明 山口東京理科大学, 基礎工学部・電子基礎工学科, 講師 (60279106)

Research Products

[Publications] Hiroaki Anno: "Electronic Structure and Thermoelectri c Properties of Ytterubium-Filled Skutterudties"Mat.Res.Soc.Symp.Proc.. Vol.691. G2.4.1-G2.4.6 (2002)

[Publications] J.Nagao: "The effect of magnetic atom substitution on the tunneling conductance in skutterudite CoSb_3 semiconductors"physica status solidi(b). Vol.228,No.3. 705-709 (2001)

[Publications] H.Anno: "Electronic Structure of Yb-filled CoSb_3 Skutterudites Studied by X-ray Photoelectron Spectroscopy"IEEE Proc.XX Int.Conf.on Thermoelectrics(ICT2001). Catalog No.01TH8589. 61-64 (2001)

[Publications] H.Anno: "Electronic Structure and Properties of Co_<1-x>M_xSb_3(M=Fe, Ni, Pd, Pt) Skutterudites"IEEE Proc.XX Int.Conf.on Thermoelectrics (ICT2001). Catalog No.01TH8589. 101-104 (2001)

[Publications] H.Anno: "Effect of Ag Substitution for Co on Thermoelectric Properties of NaCo_2O_4"IEEE Proc.XX Int.Conf.on Thermoelectrics (ICT2001). Catalog No.01TH8589. 201-213 (2001)

[Publications] 松原覚衛: "熱電変換工学-基礎と応用-(坂田 亮、松原覚衛、梶川武信、西田勲夫 編)"リアライズ社. 543 (2001)

阿武宏明山口東京理科大学, 基礎工学部・電子基礎工学科, 講師 (60279106)

[Publications] 松原覚衛: "熱電変換工学-基礎と応用-(坂田亮、松原覚衛、梶川武信、西田勲夫編)"リアライズ社. 543 (2001)