Search for a semiconducting quasicrystal and its application for thermoelectric materials by band engineering

通过能带工程寻找半导体准晶及其在热电材料中的应用

基本信息

批准号：
19J21779
负责人：
岩崎祐昂
金额：
$ 2.18万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

前年度はAl-Si-Ru系半導体近似結晶にCuを4at.%ドープすることで正孔密度を最適化し、500KでzT=0.2と無置換試料に比べて約7倍性能を向上させることに成功した。また、半導体準結晶の候補物質であるAl-Pd-Ru系準結晶の熱電特性が縮退半導体的な性質を示すことを明らかにし、単位胞当たり2~3個の電子をドープすることで半導体化することを予測した。今年度は上述の結果に対して以下の研究を遂行した。まず、Al-Si-Ru系近似結晶に関して、前年度ではp型の熱電特性最適化を試みたが、熱電発電モジュールの作製を見据えてp型だけでなくn型の熱電特性を最適化することを試みた。Al-Si-Ru系近似結晶に電子ドーパントとしてRhをドープした試料を作製し、熱電物性を測定した。その結果、ゼーベック係数は-200μV/Kを超える大きな値を示し、400KでzT=0.25と達成した。これまでにアルミ系準結晶・近似結晶ではn型の特性を示すものは存在せずn型が得られたのは今回が初めてである。更に、p型の準結晶・近似結晶系で最高の値であるAl-Ga-Pd-Mn系準結晶のzT=0.26とほぼ同じ値を示した。Al -Si-Ru系近似結晶でp,n両極性の試料が揃い、これらの材料系を用いた熱電発電モジュール開発の突破口を開いた。また、Al-Pd-Ru系準結晶に電子をドープすることで半導体化させるためにSiをドープした試料を作製したところ、無置換試料で準結晶相の単相試料だったものが、金属的な熱電物性を示す2/1近似結晶であるP２０相の単相になることが分かった。今後は液体急冷を用いることでSiを過飽和させた準結晶相の単相試料を作製することで、半導体準結晶の実現が期待できる。

在上一年，我们通过将4AT。％Cu掺入基于Al-Si-Ru的半导体近似晶体来优化孔密度，并在500K时设法将ZT = 0.2提高了ZT = 0.2，比未取代的样品高约7倍。 Furthermore, it was revealed that the thermoelectric properties of the Al-Pd-Ru quasicrystalline quasicrystalline, which is a candidate material for semiconductor quasicrystalline, exhibit degenerate semiconductor properties, and predicted that the thermoelectric properties would be converted to a semiconductor by doping 2 to 3 electrons per unit cell.今年，我们对上述结果进行了以下研究。首先，在上一年，我们试图优化P型晶体的热电特性，以基于Al-Si-Ru的近似晶体，但要着眼于制造热电发电模块，我们试图优化不仅是P-Type，而且还优化了N-type Typepe themoelectric electricric properies。制备样品，其中将Al-Si-Ru近似晶体用RH作为电子掺杂剂掺杂，并测量热电特性。结果，Seebeck系数是超过-200μV/K的大值，在400K时达到ZT = 0.25。这是到目前为止，这是第一次没有基于铝的准晶或近似晶体表现出N型特性。此外，对于Al-GA-PD-MN准晶体系统，该值与ZT = 0.26大致相同，这是P型准晶/近似晶体系统中最高值。 Al-si-ru近似晶体已与P和N极性样品对齐，这在使用这些材料的热电发电模块的发展开发了突破。此外，当准备用Si掺杂的样品通过掺杂电子将Al-PD-Ru准晶体系统变成半导体，发现未取代的样品是Quasicrystalline相的单相样品成为P20相的单相，是P20相的单相，具有2/1近1个近似晶体，具有2/1近似crystal crystal crystal cyseral cyseral cyseral cyseral cyseral cyseral cymetal cymetal cystal cystal cystal cystal cystal cysele cymetal cystal properies tolle promotric properies tollectric promerice prometric polteric polteric promerice collectric。将来，通过使用液体淬灭，可以通过产生准晶相的单相样品来实现准晶相的单相样本。

项目成果

期刊论文数量（20）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

半導体ハイパーマテリアルの探索

半导体超材料探索

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
固体物理
影响因子：
0
作者：
岩﨑祐昂;北原功一;木村薫
通讯作者：
木村薫

Effects of Cu doping on thermoelectric properties of Al-Si-Ru semiconducting quasicrystalline approximant

Cu掺杂对Al-Si-Ru半导体准晶近似体热电性能的影响

DOI：
10.1103/physrevmaterials.5.125401
发表时间：
2021
期刊：
Physical Review Materials
影响因子：
3.4
作者：
Yutaka Iwasaki;Koichi Kitahara;Kaoru Kimura
通讯作者：
Kaoru Kimura

Experimental realization of a semiconducting quasicrystalline approximant in Al-Si-Ru system by band engineering

通过能带工程实验实现 Al-Si-Ru 体系中的半导体准晶近似体

DOI：
10.1103/physrevmaterials.3.061601
发表时间：
2019
期刊：
PHYSICAL REVIEW MATERIALS
影响因子：
3.4
作者：
Yutaka Iwasaki;Koichi Kitahara;and Kaoru Kimura
通讯作者：
and Kaoru Kimura

Vacancy Control and Enhancement of Thermoelectric Properties of Al–Ir Cubic Quasicrystalline Approximant via High-Pressure Synthesis

高压合成 Al-Ir 立方准晶材料的空位控制和热电性能增强

DOI：
10.2320/matertrans.e-m2020845
发表时间：
2020
期刊：
MATERIALS TRANSACTIONS
影响因子：
1.2
作者：
Iwasaki Yutaka;Kitahara Koichi;Kimura Kaoru
通讯作者：
Kimura Kaoru

Al-Pd-Co系1/1近似結晶(半導体候補物質)の熱電特性

Al-Pd-Co 1/1近似晶体的热电性能（半导体候选材料）

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yutaka Iwasaki;Koichi Kitahara;Kaoru Kimura;沖泰裕;岩崎祐昂,北原功一,木村薫;岩崎祐昂,樫村知之,北原功一,木村薫;樫村知之,岩崎祐昂,北原功一,木村薫
通讯作者：
樫村知之,岩崎祐昂,北原功一,木村薫