2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of thermoelectric simulation methodology based on density functional theory and application to organic materials
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18H01856
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
石井 宏幸 筑波大学, 数理物質系, 助教 (00585127)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡本 敏宏 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (80469931)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 熱電変換 / シミュレーション / 有機半導体 / 量子ダイナミクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、エネルギーハーベスティング技術の１つとして注目されている熱電変換特性を解析・評価可能な計算理論を確立させる。これまで研究代表者は、ミクロンスケールの有機半導体の電荷輸送特性（移動度）を第一原理計算に基づいて原子レベルから定量的に評価可能な「時間依存波束拡散法」を開発してきた。この方法論を拡張（電流－電流相関の計算を電流－エネルギー流相関の計算へ変更）すれば、熱電変換機構の解析もこれまでと同様の計算方法で可能となり、未知な熱電変換機構も原子レベルから明らかにできる。国内外の研究現状は、強い電子－フォノン相互作用（非弾性散乱）が支配的な有機半導体の熱電変換機構は未知で、従来型の弱い電子－フォノン相互作用を仮定した理論を基に解析が行われているため、本質的な理解が進んでいない。すなわち開発した本計算理論が確立すれば、有機半導体の熱電変換研究の学術的進歩に貢献できる。
これまでの本研究課題の遂行で、既に不純物散乱（弾性散乱）が支配的な状況での熱電変換計算方法のアルゴリズムの開発、試験的計算を終えた。今年度はこの計算方法に強いフォノンとの相互作用を導入し、電子－フォノン相互作用（非弾性散乱）が支配的な状況下での計算を行った。高キャリア濃度領域において予想していない計算結果を得た。これが電子－フォノン相互作用に特有の現象か、計算方法の問題かを調査している。
研究分担者の岡本は、熱電変換物性を測定する有機半導体を選定し、熱電測定の準備を進めている状況にある。月１回程度、研究進捗状況の情報をやり取りし情報交換を行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の予定通り、時間依存波束拡散法に、電子－フォノン相互作用の導入とその試験的計算を終えた。細かい問題点の洗い出しの課題は残るが、実際の有機半導体を計算するための準備を進めることができるので、概ね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
高キャリア濃度領域において予想していない計算結果を得た。これが電子－フォノン相互作用に特有の現象か、計算方法の問題かを調査している。解析計算が可能なモデルを用いて問題点を１つずつ明らかにし、解決していく予定である。
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Research Products
(9 results)
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[Journal Article] Robust, high-performance n-type organic semiconductors2020
Author(s)
Toshihiro Okamoto, Shohei Kumagai, Eiji Fukuzaki, Hiroyuki Ishii, Go Watanabe, Naoyuki Niitsu, Tatsuro Annaka, Masakazu Yamagishi, Yukio Tani, Hiroki Sugiura, Tetsuya Watanabe, Shun Watanabe, and Jun Takeya
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Journal Title
Science Advances
Volume: 6
Pages: eaaz0632
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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