Development of room temperature thermopower for topological tilted Dirac semimetal

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K18813
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: Fujioka Jun 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (80609488)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Keywords: トポロジカル半金属 / 強相関電子系 / ゼーベック効果 / 遷移金属酸化物

Outline of Final Research Achievements

We have investigated the charge transport, electronic state and thermoelectric effect for the oxide topological semimetal candidate Ca1-xLaxPd3O4. From the optical conductivity / photoemission spectra and ab-initio calculation, it is found that CaPd3O4 is the narrow gap semiconductor with charge gap about 0.1 eV. For electron doped system with x=0.01, the insulator-metal crossover occurs. Moreover, the power factor reaches about 7μW/Kcm2 at 350 K for x=0.03. The relatively large power factor likely originates from the large electron mobility, which may be attributed to the dispersive conduction band with Pd 4dx2-y2 state.

Free Research Field

固体量子物性

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

半金属または狭ギャップ半導体は、高い電力因子を持つ典型的な熱電材料として知られているが、有毒元素を含んでいる系や室温以上では化学的に不安定な系も多いなどの問題点もあった。遷移金属酸化物の半金属または狭ギャップ半導体は、これらの問題を克服する可能性を秘めている物質群の一つである。p型の酸化物熱電物質はコバルト酸化物をはじめ多く見出されているがn型は比較的例が少ない。本研究は遷移金属酸化物のd軌道間に生じるギャップを利用することで狭ギャップ半導体を実現できるという新しい物質設計指針を与えるものと考えられる。