高熱電変換特性発現のための新規な複合クラスター化合物の結晶構造設計

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1. Ag添加したZnSb焼結材の合成およびキャリア濃度制御による熱電変換特性向上を試みた.その結果,すべてのAg添加材はp型伝導を示し,Ag添加量の増加とともにパワーファクターが増加した.格子熱伝導率は,Zn4Sb3と同程度に低い値を示し,熱電変換無次元性能指数ZTは670Kにおいて1.15を示すことを明らかにした.また,焼結材の圧縮強度は400MPaと高く,機械的特性も優れていることがわかった.(Bi,Sb)2Te3,充填スクッテルダイトやTAGS等の既存の熱電変換材料とのcompatibility factorも良いことがわかった.2. 組成式X9Y7Z8(X=Fe,Ru,Co,Rh,Ir;Y=Zn,Mn;Z=Sn and Sb)で表される新規ホイスラー化合物の合成を行った.X線回折およびHAADF-STEM法により結晶構造解析を行った結果,通常のハーフホイスラー化合物XYZ(Normal Half-Heusler:NHH)のユニットセルの2x2x2倍の超格子構造(Double Half-Heusler:DHH)を有することがわかった.NHH構造のユニットセル中では,4つの空孔が正四面体の頂点上に配置しているが,DHH構造は,空孔が形作る正四面体の向きが異なる2種類のNHHサブユニットが交互に積み重なったものと考えることができる.3. Co9Zn7Sb8およびCoMnSbを結ぶすべての組成領域において,DHH構造を有する4元系固溶体が形成されることがわかった.Mn組成が増加するに従って,サブユニットあたりの価電子数濃度(VEC)が16から21に増加するとともに,電気伝導特性は金属-半導体-金属遷移を示した.また同時に,強磁性半導体的な性質を示し,室温以上の高いキュリー温度を有することを明らかにした.