2019 Fiscal Year Research-status Report
トポロジーを利用した高易動度型高性能熱電物質の理論設計
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19K15436
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| Research Institution | Shimane University |
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Principal Investigator |
臼井 秀知 島根大学, 学術研究院理工学系, 助教 (10722902)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 熱電効果 / 第一原理計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
温度差による発電である熱電発電は、温度差が存在するあらゆる場所で使用できる特徴を持つ。本研究では、電子のトポロジーを利用した高易動度熱電物質の設計指針を構築し、従来の熱電物質の欠点であった低易動度を改善する熱電物質の理論提案を目指している。対象として、三角格子などの結晶構造を持つ物質を考えており、手法として第一原理計算とモデル計算を用いて解析を行う。本年度では、熱電物質の性能を表す無次元性能指数ZTが1を超える、1-2-2系ジントル相化合物に対して第一原理計算による理論研究を行った。本化合物は数十種類もの物質が存在し、多くは三角格子構造を持つ。
(1) 1-2-2系ジントル相化合物の一種であるBaZn2As2は低温ではBaCu2S2型構造、高温ではThCr2Si2型構造をとる。合成手法により低温下においてもBaCu2S2型構造を維持することが実験によって示され、共同研究という形でBaCu2S2型構造のBaZn2As2に対して第一原理計算を行い、電子状態を調べた。本物質はバリウムをカリウムで一部置換することによってp型半導体となるが、カリウムが電子のバンド分散に与える影響を調べた。この成果はInorganic Chemistry誌に掲載された。
(2) 現在熱電物質として報告されていない物質も含めた1-2-2系ジントル相化合物の20種類以上の物質に対して第一原理計算を行い、熱電性能の評価と統一的な理解を行った。無次元性能指数が1を超えうる物質を理論提案し、熱電性能を理解するために、有効質量とバンド分散の縮重度を組み合わせた変数によって理解できることを示した。この成果に関しては日本物理学会で発表し、現在論文投稿を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
初年度に島根大学への異動を行ったことで、研究環境の整備を行ったことで若干研究進捗に遅れが生じている。令和元年度の研究計画では、当初はモデル計算による解析を行うことを予定していたが、上記の理由により令和2年度に行う予定であった第一原理計算の一部を代わりに行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度ではモデル計算を行う代わりに、第一原理計算の研究を進め、有望な熱電物質の提案を行った。本年度では当初初年度に予定していた三角格子の放物線バンドが熱電性能に与える影響をモデル計算により調べる。
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| Causes of Carryover |
令和元年度ではアメリカ物理学会に参加する予定であったが、令和2年度の複数の国際会議への参加を行うために見送ったことから次年度使用額が生じた。令和2年度に入ってから、参加を予定していた国際会議の多くが新型コロナウィルスの影響により中止、またはオンライン化されているため、次年度使用額を当初の目的で使うことが難しくなっている。そのためハードディスクなどの研究用コンピュータの環境を整えるために、次年度使用額分を用いる予定である。
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Research Products
(4 results)
