2021 Fiscal Year Annual Research 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、p軌道が伝導を担う三角格子などの結晶構造を持つ物質を対象とした理論研究を行っている。本年度では、ヒ素のp軌道が伝導を担うEuCuAs, NaSnAs, Eu5In2As6などの様々な熱電物質に対して第一原理計算による理論研究を行った。
(1) NaSnAsは三角格子系のAs p軌道が伝導を担う熱電物質である。本物質の熱電性能について第一原理計算を行った結果、多結晶体における実験結果を定性的に説明することに成功した。また、ホールドープを適切に行うことによって、As p軌道の縮退に伴う大きな電力因子が得られることを理論的に示した。本成果はMaterials Today Communications誌に掲載された。
(2) 新規熱電物質であるEu5In2As6について第一原理計算を行い、バンド構造と熱電性能の関係について研究を行った。本物質は元素置換によりp型とn型の熱電物質となり、高温で比較的大きな熱電性能を持つ。第一原理計算による解析の結果、実験結果の再現に成功した。また、低次元的な性質を持つバンド構造を持つことが判明した。本成果はJournal of Materials Chemistry A誌に掲載された。
(3) EuCuAsの第一原理計算を行い、本材料がpn共存型材料と呼ばれる特殊な熱電材料となりうることを理論的に示し、新規物質の理論提案を行うことができた。また、多結晶による実験結果と計算結果が整合することがわかった。pn共存型材料は通常の熱電材料とは異なり、温度差をかける方向と電気伝導が異なる物質であり、熱電素子の欠点である熱電材料と電極の界面と、高温熱源の分離が可能となる材料である。本研究成果は現在投稿中である。
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