2013 Fiscal Year Annual Research Report
熱電相関物性の非平衡量子シミュレーション
Publicly Offered Research
| Project Area | Materials Design through Computics: Complex Correlation and Non-equilibrium Dynamics |
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| Project/Area Number |
25104722
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
山本 貴博 東京理科大学, 工学部, 講師 (30408695)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 熱電変換 / 計算科学 / ナノ材料 |
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| Research Abstract |
廃熱から有用な電気エネルギーを高効率に回収する革新的熱電材料の創製は、エネルギー枯渇や地球温暖化などの環境問題を克服する上で重要であり、この分野においても計算物質科学が果たすべき役割は大きい。本研究では熱電変換シミュレーション技法として「非平衡グリーン関数法＋密度汎関数法（NEGF+DFT法）に基づくシミュレーション手法」と「波束ダイナミクス法（WPD）に基づくシミュレーション手法」の開発を進めている。 本年度は、次の２つの研究項目に取り組んだ。
項目１：原子レベルでの熱電変換シミュレーション手法の開発
項目２：電流と熱流の非平衡複合相関現象の解明・予測
項目1としては、NEGF+DFT法に基づくシミュレーション手法を開発し、さらに、WPD法による熱電変換シミュレーション手法の開発を行った。特に、WPD法の開発ではコヒーレント伝導領域に焦点を絞り、非平衡グリーン関数法と比較・検討を行った。項目２としては、項目1で開発したNEGF+DFT法に基づくシミュレータを用いて、ナノカーボン材料の熱電物性を調査し、国内の実験グループと共同で新規熱電デバイスの開発に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の予定通りにナノ材料の熱電物性シミュレーション研究が進んでいるだけでなく、国内の実験グループとの連携により、シミュレーション結果に基づいて、高純度な半導体カーボンナノチューブ薄膜による熱電素子の開発に世界で始めて成功した。この点は、当初の計画をはるかに上回る進展であった。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の研究計画書どおり、項目1と項目2に関して次のように研究を推進する。項目1に関しては、量子伝導領域から古典伝導領域までの全領域での熱電変換シミュレーションを実行できるように WPD 法を改良する。また、熱伝導シミュレーションと電気伝導シミュレーションの融合を図り、原子レベルでの熱電変換シミュレーション技術を確立させる。項目2としては、未踏領域である量子-古典クロスオーバー領域での熱電相関現象を解明し、新規な熱電材料の創製を目指す。
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