2016 Fiscal Year Research-status Report
ランダム性を持つカゴ状熱電変換物質における電子の量子干渉を活用した物質設計の探求
| Project/Area Number |
15K06487
|
|---|
| Research Institution | Yamaguchi University |
|---|
Principal Investigator |
赤井 光治 山口大学, 国際総合科学部, 准教授 (20314825)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岸本 堅剛 山口大学, 創成科学研究科, 助教 (50234216)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | 熱電変換材料 / クラスレート半導体 / 電子構造 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
前年度は２次元モデルによるバンド構造解析を中心に研究を進めた。今年度は、２次元モデルでの研究を継続しつつも、実際のクラスレート系を対象として研究を進めた。特に、今年度は局在的な特徴を持つワニア関数を用いた電子状態の解析方法をクラスレートに適用する方法について検討を行った。具体的にはタイプI構造を持つ、もしくはそのような構造が期待されるCs-Zn-Ge系およびNa-Si系である。
ワニア関数による解析ではまずはブロッポ関数による電子状態を計算し、注目するバンドに対してワニア関数の計算を行う。この時、原子軌道的に局在性の高いワニア関数を構築する必要があり、そのために個々の原子軌道の特徴に基づく解析の必要がある。Cs-Zn-Ge系について各バンドと原子軌道の関係を詳しく解析した。この結果、Znの軌道はGe系の軌道と少し異なる振る舞いをしていることがわかった。Ge系のs軌道の位置にはZnのs軌道は無く、少しエネルギーの高い準位を作る。また、Znのd軌道に起因する分散の小さなバンドがZnのs軌道より少しエネルギーの高い位置に現れる。これらの知見にもとづき、Cs-Zn-Ge系に対してワニア関数による電子状態の解析を行なった。バンド構造はブロッホ関数による結果をよく再現することがわかった。一方、ワニア関数の局在性の評価では広がりが大きく原子軌道的な解釈が難しい結果であった。
この点について原因と対策を明らかにするため、Na-Si系の解析を行なった。この結果、バンド端に位置する伝導電子帯はゲスト原子のs軌道のみならずホスト軌道のsp軌道との混成も大きく、伝導電子帯のワニア関数解析にもホスト軌道の効果を取り入れる必要があることがわかった。また、クラスレートでは単位格子内に多数の原子を持ち、基底の数が100個以上あるにも関わらず、バンドの軌道の絡み効果を考慮する必要があることがわかった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
クラスレート半導体のホスト置換による散乱効果を議論するベースモデルの検討に時間を要した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後は、局在基底によるベースモデルを用いキャリア散乱効果について検討を進め、クラスレート半導体に置けるランダム置換効果の検討を行う。
|
| Causes of Carryover |
研究進捗に応じたリソース強化予定および研究成果発表スケジュールの見直しによる。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
リソース強化に使用予定しており、導入手続きを進めている。
|
