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2016 Fiscal Year Annual Research Report

Theoretical guiding principle for thermoelectrics deesigning based on a new band-shape optimization strategy

Research Project

Project/Area Number 26610101
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

黒木 和彦  大阪大学, 理学研究科, 教授 (10242091)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2017-03-31
Keywords熱電効果 / バンド形状 / 無次元性能指数 / ヴィーデマン・フランツ則
Outline of Annual Research Achievements

今年度は大きな無次元性能指数を持つ熱電物質を理論設計するうえで重要と考えられる、二つの成果を上げることができた。一つは、熱電物質として近年注目を集めているSnSeに関する研究である。この物質は合成時に自然にホールが入ることが知られているが、人工的にホールおよび電子をドープできた場合の熱電特性を、第一原理計算をもとに予想した。ホールが入った場合でも無次元性能指数は2を超え、電子が入った場合には無次元性能指数が3近くなることを示した。電子状態の詳細を調べ、これらの大きな熱電性能の起源をバンド形状の観点から明らかにした。ホールが入った時には、我々が以前より提唱しているプリン型バンド形状が有効であるのに対して、電子が入った場合には、擬一次元的なバンド形状が熱電効果に有利に働くことがわかった。この成果は現在、米国 Physical Review B 誌に投稿中である。
もう一つは、バンド形状と熱電特性の関係を一般的に調べた研究である。バンド端が平坦で、そこから離れると強い分散を持つプリン型バンドは、電力因子が大きいのみならず、電気伝導度と電子の熱伝導度との比を与えるヴィーデマン・フランツ則において、通常のバンド構造よりも、熱伝導を抑制する効果があることを示した。理想的なプリン型バンド形状においては、大きな電力因子と小さな電子熱伝導度が組み合わさることで、現実的な格子熱伝導度を仮定したときに無次元性能指数が4程度になることを示した。この成果は、米国 Jounal of Applied Physics に掲載が決定している。

  • Research Products

    (7 results)

All 2017 2016

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Enhanced power factor and reduced Lorenz number in the Wiedemann Franz law due to pudding mold type band structures2017

    • Author(s)
      Hidetomo Usui and Kazuhiko Kuroki
    • Journal Title

      J. Applied Phys.

      Volume: - Pages: -

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] First-principles study on the high thermoelectric efficiency originating from ‘‘ pudding-mold ’’bands  in n- and p-type SnSe2017

    • Author(s)
      H. Mori, H. Usui, M. Ochi, K. Kuroki
    • Organizer
      American Physical Society March Meeting 2017
    • Place of Presentation
      New Orleans, LA, USA
    • Year and Date
      2017-03-13 – 2017-03-17
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 第一原理計算によるn 型及びp 型SnSe のゼーベック効果の解析2016

    • Author(s)
      森仁志, 臼井秀知, 越智正之, 黒木和彦
    • Organizer
      日本物理学会2016 年秋季大会
    • Place of Presentation
      金沢大学
    • Year and Date
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [Presentation] 熱電効果におけるバンド形状とヴィーデマン・フランツ則2016

    • Author(s)
      臼井秀知, 黒木和彦
    • Organizer
      応用物理学会2016 年秋季大会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ
    • Year and Date
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [Presentation] n 型及びp 型SnSe のゼーベック効果の第一原理的理論解析2016

    • Author(s)
      森仁志, 臼井秀知, 越智正之, 黒木和彦
    • Organizer
      第十三回日本熱電学会学術講演会
    • Place of Presentation
      東京理科大学
    • Year and Date
      2016-09-05 – 2016-09-07
  • [Presentation] First principles analysis of powerfactor in thermoelectric material BiCuSeO2016

    • Author(s)
      H. Usui and K. Kuroki
    • Organizer
      The 35th Internationational Conference and the 1st Asian Conference on Thermoelectrics
    • Place of Presentation
      Wuhan, China
    • Year and Date
      2016-05-29 – 2016-06-02
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The origin of high power factor of n- and p- type SnSe from first principles calculations2016

    • Author(s)
      H. Mori, H. Usui, M. Ochi, K. Kuroki
    • Organizer
      The 35th International Conference and the 1st Asian Conference on Thermoelectrics
    • Place of Presentation
      Wuhan, China
    • Year and Date
      2016-05-29 – 2016-06-02
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-01-16  

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