熱電材料開発に資するSiクラスレートの電子状態とラトリングの光電子分光による解明

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アルカリおよびアルカリ土類元素(M) を内包するSi クラスレートは、内包原子M のラトリングが非常に大きくフォノン散乱が顕著なため熱伝導率が低く、熱電材料としての応用が期待されている。本研究ではM = Na のSi クラスレートのNa 内殻光電子スペクトルに、サイトの数より多い本数の多ピーク構造の起源が「ラトリングによって複数の原子位置が実現していること」だと考え、内包サイトのに入る元素を変化させた試料の実験を通して検証し、フェルミ準位付近の電子状態が内包元素M に依存するとともに、Si をGa で一部置換するなどしてケージ元素のp 電子数を変化させることによっても制御できることを価電子帯光電子分光を用いて検証することを目的とする。2022年度は、(Na/Ba)-Siクラスレートについて、引き続き8keVのX線を用いたバルク敏感光電子分光を行うとともに5.4 keVと1.5 keVのX線を用いることでより表面敏感にした実験も試行した。超高真空中で試料を破断して得られた清浄表面について、Na, Ba, およびSiの内殻光電子分光を行うとともに、これらの温度変化を測定した。第1原理電子状態計算を用いて価電子帯電子状態を推定するとともに、内殻光電子スペクトルのモデル計算と比較することで、電子状態やラトリングについての情報を得ることを目指して解析中である。今年度は特にBa 4d等のBaの内殻スペクトルの温度依存性を見いだしたことと、Na 1sスペクトルのサテライト強度が表面敏感な測定で変化することを見いだしたことが重要な成果である。