充填スクッテルダイト類似化合物の探索とその基礎物性

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本研究は、充填スクッテルダイトに特徴的な結晶構造を持つ新しい物質を創製し、興味ある物性を発現させることを主たる目的とした。物質設計の立場から、立方晶でかつ希土類金属位置の結晶対称性が高く、希土類金属が多くの原子に囲まれて互いに孤立した化合物の探索を行い、その例となる化合物群R_2Rh_<15>Si_7、R_3Pt_<23>Si_<11>の合成と基礎物性(電気抵抗率、磁化率、比熱)測定を行った。R_2Rh_<15>Si_7は希士類金属原子の位置に異なる2つのサイトが存在するがそれらはOh、D4h対称性を持つ。一方、R_3Pt_<23>Si_<11>はただ一つのサイト(D4h対称)のみである。後者について、R=La,Ce,Prの3種の化合物を合成し、物性測定から以下のような事実が明らかになった。(1)Ce_3Pt_<23>Si_<11>は金属的な化合物で、CeはRh化合物とは対照的に局在状態にあり、その比熱は6K以下で緩やかに増加し、0.35Kで磁気転移による巨大なピークを示した。(2)Pr_3Pt_<23>Si_<11>の磁化率は低温までキュリー則に従って増大した。磁化率の温度変化から、Prの4f電子の基底状態は縮退しており非磁性でない。比熱の測定結果は1.6K付近に極大を持ち、0.5Kで極小を示したあとさらに低温で増大した。一方、充填スクッテルダイト類似酸化物として、RCu_3Ru_4O_<12>(R=Ca,La,Pr)を新たに合成しその物性を調べた。PrCu_3Ru_4O_<12>の比熱の低温の振る舞いはPrOs_4Sb_<12>とよく類似し、2K付近にショットキー比熱による極大が見られた。さらにこの物質は室温における電気抵抗率が7x10^<-4>Ωcm、熱起電力が50μV/K(p型)と、低抵抗、高熱電能を両立しており、熱電材料として期待されるものであることが明らかになった。