短距離秩序を利用した新しい材料設計原理を解明

－放射光と第一原理計算で熱電材料の設計指針を提示－

【注目の成果：共同研究・産学連携のためのチェックポイント】

短距離秩序を積極的に利用する新たな材料設計原理を提案し、熱電材料に加え、半導体、磁性材料、触媒など、幅広い機能性材料への展開に期待

【産学連携対象全学共通分野 Discovery Saga】

数物系科学工学農学

【Sagaキーワード】

発表・掲載日：2026/08/26

概要

名古屋工業大学物理工学類の宮崎秀俊准教授、産業技術総合研究所の三上祐史主任研究員らの研究グループは、大型放射光施設SPring-8を利用した放射光X線回折（SR-XRD）および硬X線光電子分光（HAXPES）と、第一原理計算（DFT）を組み合わせることにより、ハーフホイスラー(Ti,Hf)NiSn熱電材料の高性能化メカニズムを、構造と電子状態の両面から解明しました。
これまで、準安定固溶体の形成は、主に急速焼結によって相分離が抑制される非平衡プロセスとして説明されてきました。本研究では、原子が完全にランダムに配列しているのではなく、短距離秩序と呼ばれる局所的な規則配列が自発的に形成されることで、ランダムな原子配列に比べてエネルギーが低下し、準安定固溶体の安定性が高まることを明らかにしました。
さらに、チタン（Ti）とハフニウム（Hf）の混在に伴う局所的な格子歪が熱伝導を抑える一方、Hf置換によるNi格子間欠陥の減少と電子状態の変化が発電特性を向上させることを示しました。これらの構造と電子状態の効果が協調的に働くことで、高い熱電変換性能が発現することが分かりました。
本研究成果は、元素の種類や組成だけでなく、原子の局所的な並び方である短距離秩序を利用した新たな材料設計指針を提示するものであり、熱電材料に加え、半導体や磁性材料、触媒など、幅広い機能性材料の設計・開発への応用が期待されます。
本研究成果は、2026年7月28日に、材料科学分野を代表する国際学術誌「Acta Materialia」にオンライン掲載されました。

研究詳細

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