2020 Fiscal Year Research-status Report
高効率熱電変換性能を有する新規磁気熱電材料の探索と設計指針の構築
| Project/Area Number |
20K22479
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
見波 将 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任研究員 (10876840)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-09-11 – 2022-03-31
|
| Keywords | 熱電効果 / 異常ネルンスト効果 / 異常ホール効果 / 磁性材料 / 第一原理計算 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、巨大な異常ネルンスト効果を発現する磁性体の探索とその発現機構を解明することを目標としている。応用上の観点から、磁気転移温度が高く巨大な異常ネルンスト効果を有する磁性体の探索が求められている。昨年度までの研究により、Feを含む二元合金系において巨大な異常ネルンスト効果が発現することが示されおり、その起源がノーダルラインと呼ばれる特異な電子状態に起因していることが明らかとなった。今年度は強磁性体における系統的な異常ネルンスト効果の計算とともに、ノーダルラインという観点から異常ネルンスト効果の発現機構の解析をおこなった。
物質中の波動関数に由来する異常ネルンスト効果は、フェルミ準位近傍に大きなベリー曲率が発現することに起因するが、大きなベリー曲率を生む起源としてノーダルライン がある。異常ネルンスト効果の増大機構を明らかにし、効率的な材料探索をおこなうため、ノーダルラインによって作られる状態密度(DOS-NL)を新たに導入し、異常ネルンスト効果の解析をおこなった。第一原理計算によって得られるDOSと同様にDOS-NLはその電子状態に起因したvan Hove特異点を有する。このvan Hove特異点により異常ネルンスト効果の傾向が予測可能であることを理論的に示した。DOS-NLは異常ホール伝導率を計算するよりも軽い計算コストで求めることができるため、材料探索の1つの指標となりうる。巨大な異常ネルンスト効果を示す材料においてDOS-NLによる解析をおこない、異常ネルンスト効果の傾向を説明できることを明らかにした。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
磁気転移温度が高い強磁性材料を中心に、異常ネルンスト効果の評価を第一原理計算を用いて継続的に進めている。また、異常ネルンスト効果の起源を解明するため、大きな異常ネルンスト効果が発現する強磁性体（Co3Sn2S2, Co2MnGa, Fe3Al）において、ノーダルラインが作る状態密度(DOS-NL)を導入することにより、異常ネルンスト効果の傾向を説明できることを明らかにした。磁気熱電材料の応用可能性という観点から実験グループとの共同研究も進めており、理論と実験の両面から巨大な異常ネルンスト効果を示す磁性時材料の探索を進めている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後は材料探索の範囲を強磁性体に限らず、反強磁性体などの磁性体へも拡張し継続的な高効率磁気熱電材料の探索をおこなう。また、巨大な異常ネルンスト効果が予測される物質に関しては、波動関数の詳細な解析をおこないその起源を明らかにする。磁気熱電材料のデバイス応用も考慮し不純物ドープによるフェルミエネルギーの最適化についても解析する予定である。
|
| Causes of Carryover |
新型コロナウイルスの影響により、参加を予定していた国内、国際学会が中止もしくはオンラインによる開催となり、申請書提出時に予定していた支出額よりも少なくなったため。翌年度分についてはオープンアクセス誌などへの掲載料に充てる予定である。
|
