アルカリ土類充填スクッテルダイト化合物の熱電機能開拓

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希土類充填スクッテルダイトRT_4X_<12>(R:希土類、T : Fe, Ru, Os)は、多彩な物性を示す。これまで主に、三価のRイオンの持つ4f電子が物性に及ぼす効果が研究されてきた。しかし、遷移金属Tの持つd電子の寄与は不明である。そこで本研究では、非磁性で二価のアルカリ土類金属Aを充填したAT_4Sb_<12>(A=Ca, Sr, Ba)の多結晶試料を作製し、磁性、伝導、熱物性の測定により、Feの3d、Ruの4d、Osの5d電子の寄与を比較した。1. AFe_4Sb_<12>(A=Ca, Sr, Ba)上記の諸物性の測定と、^<123>Sb-NQR実験により、AFe_4Sb_<12>が強磁性に近い金属であることが分かった。2. ARu_4Sb_<12>(A=Sr, Ba)これらのRu化合物は反磁性を示すことから、Ruの4dバンドは磁気モーメントを持たないことが分かった。3. AOs_4Sb_<12>(A=Sr, Ba)磁化率測定から、AOs_4Sb_<12>が増強された常磁性体であることが分かった。一方、熱伝導率は、T=Fe, Ruの場合に観測された極大を示さない。これは、Sbの作る20面体中にあるAイオンが、複数のポテンシャル極小間をトンネリングし、音響フォノンと強く相互作用しているためである。また、電気抵抗率に肩が出現するのは、Aイオンのトンネリングに起因する、強い電子-格子相互作用が存在するためであることを明らかにした。4. AFe_<4-x>Co_xSb_<12>(A=Sr, Ba)AFe_4Sb_<12>のFeサイトを、3d電子の1個多いCoで置換し、磁性と熱電物性の変化を調べた。xの増加に従いフェルミ準位での状態密度が急減し、x=0の強磁性に近い状態から、x【greater than or equal】2.5では反磁性へ変化した。また、x【greater than or equal】2.5では、充填スクッテルダイトではあまり報告例のない、n型伝導を示した。