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助成番号 150501
研 究 成 果 報 告 書（国立情報学研究所の民間助成研究成果概要データベース・登録原稿）
研究テーマ（和文） ＡＢ

遷移金属超分子構造を用いた新奇熱電材料開拓

研究テーマ（欧文） ＡＺ

Investigation into new thermoelectric materials with the supramolecular structureof transition metals

研
究氏
代表名
者

ｶﾀｶﾅ ＣＣ姓）ﾀｶﾊｼ名）ﾋﾃﾞﾌﾐ

研究期間 Ｂ

２０１５～ ２０１６

漢字 ＣＢ

高橋英史

報告年度 ＹR

２０１６

年

Hidefumi

研究機関名

東京大学

ﾛｰﾏ字 ＣＺ Takahashi

研究代表者 ＣＤ
所属機関・職名年

東京大学大学院工学系研究科 特任助教

概要 ＥＡ (600 字～800 字程度にまとめてください。)
本研究では、遷移金属化合物中の遷移金属が多量体化した場合に作る分子軌道に起因した特異な物性、特に熱電物性について研究した。高効率な熱電材料の設計指針とし近年、遷移金属化合物を用い遷移金属中の電子のスピンや軌道自由度を利用した方法の有用性が指摘されている。しかし、遷移金属 1 個の持つスピン・軌道自由度には限界がある。そこで、遷移金属多量体構造を利用し、多量体化に起因した分子軌道の自由度や、原子間のボンド形成に起因した構造の自由度を利用した新たな熱電材料の開発を試みた。
本研究では、層状遷移金属カルコゲナイド化合物 MoTe2 を用い研究を行った。この物質は遷移金属の Mo が 1次元的に強く結合した 1 次元鎖構造を持つ。さらに MoTe2 では、高温の無極性構造から低温の極性構造へ相転移することが知られている。そして、Mo を Nb に置換すると、この相転移が抑制され、それに伴い低温で熱電性能が向上することが知られている。そこで本研究者は、MoTe2 の構造相転移を元素置換ではなく圧力で制御した場合に同様の熱電性能の向上が見られるかどうか、さらに、構造の不安定性に起因した新奇物性の探査を行った。
MoTe2 の高純度単結晶を用い、ピストンシリンダー型圧力セルにより 2GPa までの高圧測定を行った結果、極性‐非極性構造相転移温度が減少し、それに伴いゼーベック係数が増大した。特に構造相転移が消失する臨界圧力でゼーベック係数が最大値を持つことを明らかにした。一方で、電気抵抗率は圧力を加えても変化しない
ため、熱電性能の指標である出力因子が一般的な熱電材料の 6 倍と巨大な値を持つことを発見した。この巨大な出力因子の起源として、1 次元鎖を持つ MoTe2 の構造自由度（構造不安定性）が関係していることが示唆される。さらに本研究者らは、構造変化に伴い超伝導転移温度が 10 倍以上増大することを発見しており、構造自由度と超伝導転移温度にも密接な関係があることを見出した。

キーワード ＦＡ

熱電変換

遷移金属化合物

分子軌道（以下は記入しないでください。）
助成財団ｺｰﾄﾞ ＴＡ

研究課題番号 ＡＡ

研究機関番号 ＡＣ

シート番号- 1 -超伝導発表文献（この研究を発表した雑誌・図書について記入してください。）

雑論文標題ＧＢ

Anticorrelation between polar lattice instability and superconductivity in the Weyl
semimetal candidate MoTe2

著者名 ＧＡH.
Takahashi,
T.
Akiba, K. Imura, T.
Shiino, K. Deguchi, N. 雑誌名Physical Review B (Rapid Communication)
K. Sato, H. Sakai, M. ＧＣ
S. Bahramy, and S.
Ishiwata

誌

ページ ＧＦ

雑誌

100501(R)-1～100501(R)-5

発行年
ＧＥ

201

7

巻号 ＧＤ

95

論文標題ＧＢ
著者名 ＧＡ

雑誌名ＧＣ

ページ ＧＦ

～発行年

巻号 ＧＤ

ＧＥ

雑誌

論文標題ＧＢ
著者名 ＧＡ

雑誌名ＧＣ

ページ ＧＦ

～発行年

巻号 ＧＤ

ＧＥ

図書

著者名 ＨＡ
書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ

発行年

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

ＨＤ図

著者名 ＨＡ
書名 ＨＣ書

出版者 ＨＢ

発行年

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥＨＤ

欧文概要 ＥＺ
We have investigated new thermoelectric materials with the supramolecular structure of transition metals. An
important factor to improve the thermoelectric efficiency is spin and orbital degrees of freedoms inherent inlocalized electrons in the transition metals. However, the spin-orbital degrees of freedoms involved in an electron of
the transition metals are limited. On the other hand, when the transition metals form molecular orbitals due to thestrong metal-metal bonding, these orbitals possibly have high spin-orbital degrees of freedoms, which may lead tothe high thermoelectric efficiency. In addition, the compounds with the strong metal-metal bonding have structuralinstabilities, structural degrees of freedoms, inherent in the formation of the bonding, which may also enhance thethermoelectric efficiency.
In this study, we have measured the thermoelectric and physical transport properties of the layered transition metal
dichalcogenide MoTe2, which has one dimensional Mo-Mo chains. To be noted here is that MoTe2 shows a transition
from a high-temperature nonpolar structure to a low-temperature polar structure, which can be suppressed by externalpressure or chemical pressure.
Here, to clarify the relation between the polar-phase instability and thermoelectric properties, we have measured theresistivity ρ and thermopower S as a function of the external pressure. The application of the pressure significantly
enhances S at the critical pressure where Ts becomes zero, while the resistivity is almost independent of the pressure.
From these results, we find that MoTe 2 has a giant power factor, which is 6 times larger than that of the conventional
thermoelectric material Bi2Te3. This study suggests that the polar lattice instability plays an important role on theanomalous enhancement of S, possibly resulting in the unusually high thermoelectric efficiency. In addition, we havefound that the superconducting transition temperature increases by a factor of more than 20 with replacing the polarphase by the nonpolar phase, suggesting that the polar structural instability influences the superconducting transition
temperature.

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