2022 Fiscal Year Annual Research Report
地球温暖化対策に革新をもたらす新規固体冷却技術の開発
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20K20296
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
野口 祐二 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (60293255)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 強誘電体 / 分極 / 格子欠陥 / エントロピー / 反強誘電体 / ドメイン / 酸素空孔 / 第一原理計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
次世代の冷却機器に利用可能な固体冷却技術を開発し，革新的な地球温暖化 対策を我が国に提供することを目的とする．極性材料の分極機能に由来する電気熱量効果を利用することにより，高エネルギー効率かつ温室効果ガスを使用しない新規固体冷却技術を実現する．固体冷却に影響を及ぼす決定因子を抽出し，原子スケール構造解析と電子状態計算を援用し，冷却理論の構築および冷却メカニズムの解明を行う．
強誘電体の電気熱量効果を増進する従来ない欠陥制御指針を構築した。第一原理計算により，遷移金属イオンと酸素空孔の相互作用について、理論予測を試みた。セルに含まれる全ての酸素サイトを対象にして，当該サイトに酸素空孔を作成したセルの構造最適化を行い，全エネルギーを比較した。結論として、正八面体配位子場においてeg軌道に電子が半占有もしくは占有する遷移金属イオンと酸素空孔に引力が働くことで、robustな欠陥複合体が形成されることを突き止めた。この欠陥複合体と強誘電体分極の相互作用を利用することにより、down分極を安定化できること、および電場印加によりdownからup分極に変化することを利用して、大きな電気熱量効果が発現することを見出した。この新しい原理により得られる電気熱量効果のfigure-of-meritは、報告値よりも大きかった。強誘電体において，遷移金属イオンの価数制御と欠陥双極子の形成が，電気熱量効果の向上に有効な材料設計であることを突き止めた。
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