2012 Fiscal Year Annual Research Report
13族-遷移金属系準結晶・結晶におけるクラスター機能設計による熱電変換材料の開発
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24360262
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
木村 薫 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (30169924)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 準結晶 / 半導体物性 / 計算材料物性 / クラスター / 熱電変換材料 |
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| Research Abstract |
本年度は、下記3つの研究目的について進展が得られたが、成果がまとまった2)について詳述する。
1)我々が提案した熱電性能向上の設計指針「重く強固なクラスターが弱く結合した固体」を実証してきたAl系正20面体クラスター固体の熱電性能を明らかにする。
2)上記とは別の設計指針「広いバンドと狭いバンドの重畳」を我々が実現したGa2Ruの最適ドープ特性を明らかにする。
3}我々が発見して「擬ギャップ」を持つことを確かめた正10角形クラスターを持つBTiRu系近似結晶の熱電特性を明らかにする。
Ga2Ruにおいて、リジッド・バンドを仮定してドープにより価電子数を変化させた時の800Kでの無次元熱電性能指数を計算した。非ドープでの無次元熱電性能指数は0.5付近で実験を再現しており、このとき格子熱伝導率は理論的最小値の数倍となっているが、ドープ後は最小値になると仮定した。ホールドープ、電子ドープ共に無次元熱電性能指数の向上が期待され、特に電子ドープでは2.0を越える可能性があった。Ruを価電子数が1多いCo、Rh、Irおよび2多いNi、Pdで置換することにより、電子ドープを試みた。ゼーベック係数の絶対値のキャリア密度依存性は、非ドープ・ホールドープと電子ドープで異なる傾向を示し、電子ドープの方が有効質量が大きいことが示唆された。価電子数が2多いNiやPdの方がd軌道のエネルギーが深く、ドープ電子密度が小さくなってしまった。価電子数が1多いCo、RhやIrの方がドープ電子密度は大きかったが、置換組成から予想されるよりは一桁以上小さかった。Ir置換の場合に、n型で最大の性能指数0.31が得られた。これは、これまでに報告されたこの種の化合物においてn型では最大の値である。非ドープ(p型)より性能指数が小さいのは、移動度が一桁以上小さいためである。格子熱伝導率は、ドーピング効果により低下した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
Ga_2Ruの最適ドープ特性については、ホールドープについて1元素、電子ドープについて5元素で試み、すでに〓了した。Al系正20面体クラスター固体や正10角形クラスターを持つBTiRu系近似結晶の熱電特性も明らかにしつつある。また、クラスター機能設計のための計算手法についても進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
明らかにしつつあるAl系正20面体クラスター固体や正10角形クラスターを持つBTiRu系近似結晶の熱電特性をまとめる。また、クラスター機能設計のための計算手法を確立する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
四重極イオントラップ用ターボ分子ポンプが年度末に故障したが、機種選定が間に合わず、次年度に購入する。
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