Study of interesting mechanism for energy dissipation in thermoelectoric semiconductor with cage structure

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05133
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26040:Structural materials and functional materials-related
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: Akai Koji 山口大学, 国際総合科学部, 教授 (20314825)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岸本 堅剛 山口大学, 大学院創成科学研究科, 助教 (50234216) ; 小柳 剛 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (90178385)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 熱電変換 / クラスレート半導体 / 電子構造計算

Outline of Final Research Achievements

Clathrate semiconductor Ba-Ga-Sn has a host cage structure, and every cage is enclosing a gest atom Ba. This Ba atom is an ionic state and vibrates with large amplitude un-harmonically. We calculated amount of radiation energy by the ionic vibration. The ionic vibration interacts with carriers, and then the energy of carriers are dissipated by this emission. In this research, we obtained that the radiation energy from the unit surface area is 5.1μW/cm2 by this mechanism, and it is relatively large. In the calculation we set T=0 K at the environment. Thus it is guested that the more exact calculation will be obtained the same order value. Thus it is shown that the mechanism is prospective. We want to try further study to this work.

Free Research Field

電子物性

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

熱電変換技術は熱の流れを電気に変えることができる。本研究で得られたエネルギー散逸効果は大規模な熱電デバイスとしてより、小規模もしくは更に微小機器の利用に可能性を持つ。常時、熱流がある環境で、電池の利用や電源に配線することが難しい、もしくはそれを維持管理するのが難しい環境が想定される。例えば、火災など頻度の低い事故でのセンサー電源が考えられる。そのような環境で利用できる熱電素子のための熱電半導体の開発につながる。しかし、実用化には、更に大きなエネルギー放射量が必要である。今後の研究として、Baより質量の軽いNaやKに興味が持たれる。