Mg₂Snは、Mg₂Siと同じ結晶構造をもち、Mg₂Siと同様に自動車に積載できる熱電変換デバイスのための熱電変換材料として期待されています。 これまで我々は、Mg₂Siの格子間サイトにMg(Mg_i)が微量存在していることを明らかにしてきました。 Mg_iのような点欠陥は熱電性能に影響を与える可能性があるので、Mg₂Snでも点欠陥があるかどうか調査する必要があります。

第一原理計算によると、Mg₂SnではMg_iかMgの欠損(V_Mg)が点欠陥として存在する可能性が報告されていました。 このことを確認するために、我々はアルゴン雰囲気中でMg₂Snの単結晶を作製し、単結晶X線回折を行いました。 その結果、Mg₂Snの単結晶にはV_Mgが存在し、アルゴン雰囲気の圧力が高いほどV_Mgの量は多くなることが明らかになりました(右図(上))。

さらに、V_Mgが存在するMg₂Snの単結晶の微細組織を透過電子顕微鏡で観察したところ、右図(下)のように数十ナノメートルの大きさの縞状の模様が観測されました。 これは、V_Mgが集まってできたナノ構造で、電気伝導や熱伝導を妨げる可能性があります。 現在我々は、ナノ構造を制御して熱伝導のみ効率的に妨げ、電気伝導をよくすることで、Mg₂Snの単結晶の熱電性能を向上する研究を進めています。

• "Control of the Thermoelectric Properties of Mg₂Sn Single Crystals via Point-Defect Engineering"
  W. Saito, K. Hayashi, J. Dong, J.-F. Li, and Y. Miyazaki
  Scientific Reports, 10, 2020 (2020).
• "Thermoelectric properties of Mg₂Si and its derivatives: effects of lattice defects and secondary phases"
  K. Hayashi, Y. Miyazaki, W. Saito, M. Kubouchi, Y. Ogawa, S. Suzuki, Y. Hayashibara and I. Ando
  "Thermoelectric Materials -Principles and Concepts for Enhanced Properties-" chapter 5.
  eds. K. Kurosaki, Y. Takagiwa and X. Shi, De Gruyter, 2020.
• "Enhancing the Thermoelectric Performance of Mg₂Sn Single Crystals via Point Defect Engineering and Sb Doping"
  Wataru Saito, Kei Hayashi, Zhicheng Huang, Jinfeng Dong, Jing-Feng Li and Yuzuru Miyazaki
  ACS Applied Materials & Interfaces, 12, 57888 (2020)