強相関電子系における異常熱電特性の起源解明と制御指針の構築

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究は，強相関電子系が示す異常な熱電特性の起源を特定し，これを制御することで新しい高性能熱電材料を開発することを目的としている．強相関系においては優れた熱電特性を示す物質が存在するものの，その起源が不明であるために合理的な材料探索につながっていない．その主な原因は強相関系におけるゼーベック係数が一般的な材料のように状態密度のエネルギー微分だけでは理解できない点にある．この問題を解決するためには角度分解光電子分光（ARPES）を用いた方法論を確立する必要がある．この方法論を用いて強相関材料に対して状態密度だけでなく伝導電子の緩和時間も含めた総合的な電子構造の情報から熱電特性の支配因子を特定し，その結果に基づいて熱電特性を最適化することで従来の性能を凌駕する材料を創製する．本年度は，初めに方法論の確立を目的として典型的かつ基本的な材料として単純金属Cuを選択した．ARPES測定のためのCu試料の清浄表面はARPES装置に連結されたスパッタ＆アニール装置によって行った．ARPES測定は実験室とシンクロトロン放射光施設の両方で行った．得られた伝導電子の緩和時間はARPESイメージにおけるエネルギー分布曲線と運動量分布曲線のピーク幅から見積もった．これによりCuにおける伝導電子の緩和時間のエネルギー依存性が得られ，それは予想通りフェルミ準位を挟んで大きな変化を示さないことがわかった．このことから本研究において熱電材料の伝導電子の緩和時間のエネルギー依存性を実験的に評価する方法論が確立できたと考えられる．