2021 Fiscal Year Research-status Report
Energy relaxation analysis in thermoelectric materials using temperature measurement by Raman scattering spectroscopy
| Project/Area Number |
20K05343
|
|---|
| Research Institution | Japan Advanced Institute of Science and Technology |
|---|
Principal Investigator |
小矢野 幹夫 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (60195873)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 熱電変換 / ラマン散乱 / エネルギー緩和 / フォノン / 遷移金属ダイカルコゲナイド |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，熱電材料の中で起こっている熱エネルギー ⇔ 電気エネルギーの変換の素過程を明らかにすることを目的として，熱定常状態でのエネルギー緩和過程と熱輸送をラマン散乱実験を用いて調査する．具体的にはラマン散乱分光を用いた非接触温度測定から得られる二種類の温度（格子系の温度T_shiftと光学フォノンの温度T_AS/S）を比較することにより，テスト物質である遷移金属ダイカルコゲナイドにおける光学フォノンから格子系へのエネルギー散逸過程を実験的に調査する．
前年度に発見した，遷移金属ダイカルコゲナイドMoS2における光学フォノン温度と格子温度との差異の原因について，(1) 試料表面からの熱輻射による温度低下，(2)マルチフォノン過程におけるフォノン占有率の低下，および(3) 散逸速度の違いによるフォノン占有率の低下，という3つの可能性について検討した．その結果(1)と(2)の可能性は低く，(3)の過程が支配的であるとの結論に至った．この成果をもとに現在論文を執筆中である．
フォノン速度の違いによる効果を明らかにするため，結晶構造が同一でメタルイオンの質量が異なる遷移金属ダイカルコゲナイドWS2およびNbS2を新たに合成し，同様の測定を行った．しかしながら，それぞれ共鳴ラマン効果の影響と自由電子の存在のため十分な測定を行う事が出来なかった．この問題を解決するためメタルイオンではなくアニオンの質量を変えることにより同様の測定を行うよう計画を変更した．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
上記の研究実績概要で述べたように，遷移金属ダイカルコゲナイドにおける光学フォノン温度と格子温度の差異の願人が散逸速度の違いによるフォノン占有率の低下によるものであることを明らかにし，論文執筆につなげることが出来た．
試料合成についてもMoS2のアニオンサイトを置換したMoSe2単結晶の合成に成功している．
DFTフォノン計算の実施とあわせて，今後も当初の予定に沿って研究を推進して行く．
|
| Strategy for Future Research Activity |
アニオンサイトを置換したMoSe2やMoTe2に関する同様の測定から，エネルギー緩和過程へのフォノン速度の影響を明らかにする．実験結果をDFT計算と比較することにより，エネルギー緩和過程へのファン・デル・ワールス結合の影響を明らかにしたい．
これに加えて，レーザー強度を増加させることによりレーザースポットでの局所加熱をより顕著にさせ，エネルギ委緩和の向きを現在の 熱浴 → 試料の格子系 → 光学フォノン系 から レーザー光 → 光学フォノン → 格子系 → 熱浴 のように逆向きにする．このときの温度を実測し，エネルギー緩和過程における律速過程や熱阻害要因を明らかにする．
得られた成果を学会および雑誌論文で発表する．
|
| Causes of Carryover |
新型コロナ感染症のために，応用物理学会および日本熱電学会等がオンライン開催となったため，実施年度に計上していた出張費を次年度に繰り越した．今年度は両学会とも現地開催となるため，出張費として使用するとともに雑誌論文発表のための英文校正などに使用する．
|
Research Products
(2 results)
