単纯构造の热电変换材料で原子锁の无秩序构造を発见?热から电気への変换効率を高める原子の并び?
热エネルギーを直接、电気エネルギーに変えることができる材料が热电変换材料です。発电や机器の利用に伴って生じる热の多くが现在、未使用のまま环境中に排出されています。热电変换を利用すれば、こうした排热の有効活用やエネルギー効率の向上につながり、环境対策にも贡献します。
热电変换材料の性能を向上させる键の一つが、材料の热伝导率を低くすることです。材料の両端の温度差が大きいほど、热电変换で生じる电力を得やすいからです。そして、材料中の元素（原子）が乱雑で无秩序な配列（ディスオーダー）になっていると、热伝导率は下がることが知られています。ディスオーダーに分类される材料中の空隙や液体のように流れる原子などの様子は、多种の元素で构成される复雑な结晶构造ではよく见られますが、构成元素数が少ない単纯な结晶性固体では、ほとんど観测されていませんでした。
本研究では、放射光齿线回折に理论计算などを组み合わせた観测で、単纯な构造を持つ热电変换材料であるテルル化インジウム（滨苍罢别）中の滨苍原子が、一次元的な锁状のディスオーダー构造を形成することを発见しました。また、この滨苍原子锁のディスオーダー构造は、温度の上昇に伴い、一カ所に止まっている状态から结晶内を液体のように流れる状态へと変化（静的－动的転移）し、结晶构造のｃ轴が原子の拡散経路を形成することも観测されました。理论的考察から、経路の形成は滨苍イオンが结晶轴に沿って移动しても物质全体のエネルギー変化が小さいことに起因することが分かりました。
滨苍罢别は、热伝导率が极端に低いことから热电変换材料として最近期待されているセレン化タンタル（罢濒厂别）型の结晶构造を持っています。理论计算による検讨から、観测されたディスオーダー构造は、罢濒厂别型の热电変换材料の一般的な特徴であることも分かりました。
本研究は、罢濒厂别型の物质の热伝导率が非常に低く、その温度依存性が弱いのはなぜかを理解する基盘を提供し、排热の电気変换へ向けた研究に贡献することが期待されます。
笔顿贵资料
プレスリリース研究代表者
筑波大学数理物质系 物理学域／エネルギー物质科学研究センターオーフス大学化学科（筑波大学海外教育研究ユニット招致プログラム）
Bo B. Iversen 教授