2013 Fiscal Year Annual Research Report
全電子混合基底第一原理計算による熱伝導と熱電デバイスの理論設計
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24656398
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
川添 良幸 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 名誉教授 (30091672)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
水関 博志 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (00271966)
ベロスルドフ ロディオン 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (10396517)
佐原 亮二 独立行政法人物質・材料研究機構, 元素戦略材料センター 構造材料ユニット 組織設計グループ, 主幹研究員 (30323075)
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| Keywords | 第一原理計算 / 数値シミュレーション / 非調和格子振動算定 / 熱伝導率算定 / 熱電変換の物性理論 / 全電子混合基底法開発 / ワニエ関数 / スーパーコンピューター |
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| Research Abstract |
熱は単純な広く行われるようになったエネルギー算定を遙かに超える問題であり、従来は現象論的な算定に止まっていた。そのため、材料の熱伝導率を実験結果を用いずに算定したり、熱電変換効率の良い材料の理論設計は不可能と思われていた。本挑戦的萌芽研究では、この問題を物理の理論に立ち返って検討し、定量的な熱伝導及び熱電変換の算定を試みた。まず、第一原理シミュレーション計算には、研究グループが独自開発している全電子混合基底第一原理シミュレーション計算プログラム・パッケージTOMBO(TOhoku Mixed Basis Ab initio Program Package)を活用した。格子の調和振動を算定する方策（我々の開発による、各原子を動かして力定数を算定し、ダイナミカル行列を解く）を、非調和格子振動に拡張し、全エネルギーの３次及び４次の微分係数を求め、それを元に、熱伝導と
熱電変換の効率を算定した。全エネルギー算定を、その３次以上の微分係数まで算定可能とするため、TOMBOの計算精度の向上を図り、必要とするレベルを達成した。熱電変換効率の算定に当たり、まず、従来から知られているBiTe等を最初に扱った。実験値の知られている材料に対し、十分な精度でシミュレーション計算結果が得られることを確認し、その後、新規材料設計を開始した。具体的には、GeSe等を対象として、熱伝導率及び熱電変換効率の算定を試みた。これらの成果は、国内外の会議で発表を行い、論文としてまとめて公表予定である。
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Research Products
(6 results)
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[Presentation] TOMBO, an All-electron Mixed Basis Program2013
Author(s)
Kaoru Ohno, Riichi Kuwahara, Shota Ono, Hitoshi Adachi, Yoshifumi Noguchi, Marcel H. F. Sluiter, Ryoji Sahara and Yoshiyuki Kawazoe
Organizer
IUMRS ICA 2013
Place of Presentation
Natioal Science Seminar Complex, Bangalore, India
Year and Date
20131216-20131220
Invited
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