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内包イオンの局所対称性の破れが誘起するクラスレートの高い熱電変換特性の物理的起源

研究課題

研究課題/領域番号 26400381
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 数理物理・物性基礎
研究機関北海道大学

研究代表者

中山 恒義  北海道大学, -, 名誉教授 (80002236)

研究分担者 兼下 英司  仙台高等専門学校, 総合科学系, 准教授 (60548212)
連携研究者 高畠 敏郎  広島大学, 大学院・先端物質科学研究科, 名誉教授 (40171540)
末国 晃一郎  九州大学, 大学院・総合理工学研究員エネルギー物質科学部門, 准教授 (10582926)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2016年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2015年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2014年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード熱電変換物質 / ガラス / 熱伝導 / クラスレート / 局在現象 / 中性子非弾性散乱 / THz振動数 / クラスレート化合物 / 構造ガラス / フォノン熱伝導 / ボソン・ピーク / 中性子散乱 / 非調和性
研究成果の概要

I型クラスレートでは、内包イオンの対称性が破れる事により、ガラスと同じ熱的ならびに動的な現象が発現する。これらはすべて、THz振動数領域のフォノン・モードの特異な性質に起因する。本研究では、対称性が破れたI型クラスレートに対して、大規模シミュレーションを遂行し、状態密度、比熱、動的構造因子、そして各モードの局在因子(PR)を計算した。これにより対称性が破れたクラスレートには3つの特徴的なモードが存在することが分かった。これらは非局在モード、弱く局在したモード、そして強く局在したモードである。これらの結果を基に、I型クラスレートの熱伝導度の特徴的な温度依存性を理論的に説明することができた。

報告書

(4件)
  • 2016 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2015 実施状況報告書
  • 2014 実施状況報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2017 2016 2015 2014 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (12件) (うち国際共著 8件、 査読あり 12件、 謝辞記載あり 11件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 6件、 招待講演 6件)

  • [国際共同研究] Tongji University(中国)

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Theoretical investigation on thermoelectric properties of Cu-based chalcopyrite compounds2017

    • 著者名/発表者名
      B. Wang, HJ. Xiang, T. Nakayama, J. Zhou, BW. Li
    • 雑誌名

      Physical Review B,

      巻: 95 号: 3

    • DOI

      10.1103/physrevb.95.035201

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Thermoelectric transport in hybrid materials incorporating metallic nanowires in polymer matrix,2017

    • 著者名/発表者名
      B. Liu, T. Lu, B. Wang, Liu, T. Nakayama, J. Zhou, and B. Li
    • 雑誌名

      Applied Physics Letter

      巻: 110 号: 11 ページ: 113102-113106

    • DOI

      10.1063/1.4978602

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Phonon-glass dynamics in thermoelectric clathrates2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Liu, Q.Xi, J. Zhou, T.Nakayama, BW. Li
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 93 号: 21

    • DOI

      10.1103/physrevb.93.214305

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Spin-dependent Seebeck Effect in Aharonov-Bohm Rings with Rashba and Dresselhaus Spin-orbit Interactions2016

    • 著者名/発表者名
      B. Liu, Y. Li, J. Zhou, T. Nakayama, BW. Li
    • 雑誌名

      Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures

      巻: 80 ページ: 163-167

    • DOI

      10.1016/j.physe.2016.02.003

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2015 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Interfacial thermal conductance across metal-insulator/semiconductor interfaces due to surface states2016

    • 著者名/発表者名
      Tingyu Lu, Jun Zhou, Tsuneyoshi Nakayama, Ronggui Yang and Baowen Li
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW B

      巻: 93 号: 8

    • DOI

      10.1103/physrevb.93.085433

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2015 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Origin of in-plane anisotropic resistivity in the antiferromagnetic phase of Fe1+xTe2016

    • 著者名/発表者名
      E. Kaneshita and T. Tohyama
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 94 号: 4

    • DOI

      10.1103/physrevb.94.045132

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Localization-delocalization transition in self-dual quasi-periodic lattices2015

    • 著者名/発表者名
      M. L. Sun, G. Wang, N. B. Li, and T. Nakayama
    • 雑誌名

      Europhysics Letters (EPL)

      巻: 110 号: 5 ページ: 57003-57003

    • DOI

      10.1209/0295-5075/110/57003

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Spin-dependent Seebeck effect in asymmetric four-terminal systems with Rashba spin-orbit coupling2015

    • 著者名/発表者名
      Jun Zhou, Biao Wang, Mengjie Li, Tsuneyoshi Nakayama, and Baowen Li
    • 雑誌名

      Europhysics Letters (EPL)

      巻: 110 号: 3 ページ: 38004-38004

    • DOI

      10.1209/0295-5075/110/38004

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Reply to the Comments by Magnus Johnson2015

    • 著者名/発表者名
      M. L. Sun, G. Wang, N. B. Li, and T. Nakayama
    • 雑誌名

      Europhysics Letters (EPL)

      巻: 112 号: 1 ページ: 17003-17003

    • DOI

      10.1209/0295-5075/112/17003

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Orbital-selective electronic excitations in iron arsenides revealed by simulated nonresonant inelastic x-ray scattering2015

    • 著者名/発表者名
      T. Tsutsui, E. Kaneshita, and T. Tohyama
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 92 号: 19 ページ: 195103-195103

    • DOI

      10.1103/physrevb.92.195103

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Phonon-glass electron-crystal thermoelectric clathrates: Experiments and theory2014

    • 著者名/発表者名
      T. Takabatake, K. Suekuni, T. Nakayama, E. Kaneshita
    • 雑誌名

      Rev. Mod. Phys.

      巻: 86 号: 2 ページ: 669-716

    • DOI

      10.1103/revmodphys.86.669

    • NAID

      120005440005

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Memory function approach to in-plane anisotropic resistivity in the antiferromagnetic phase of iron arsenide superconductors2014

    • 著者名/発表者名
      Koudai Sugimoto, Peter Prelovsek, Eiji Kaneshita, and Takami Tohyama
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 90 号: 12 ページ: 125157-125157

    • DOI

      10.1103/physrevb.90.125157

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Theory of glasslike thermal conductivities of thermoelectric clathrates above the plateau2017

    • 著者名/発表者名
      Qing Xi, Jun Zhou, Tsuneyoshi Nakayama, and Baowen Li
    • 学会等名
      APS March Meeting
    • 発表場所
      New Orleans, USA
    • 年月日
      2017-03-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Surface states mediated interfacial thermal conductance across metal-nonmetal interfaces2017

    • 著者名/発表者名
      Jun Zhou, Tingyu Lu,Tsuneyoshi Nakayama, Ronggui Yang, and Baowen Li
    • 学会等名
      APS March Meeting
    • 発表場所
      New Orleans, USA
    • 年月日
      2017-03-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Glasslike phonon dynamics in thermoelectric clathrates2016

    • 著者名/発表者名
      Tsuneyoshi Nakayama
    • 学会等名
      The 35th Inter. Conf. & the 1st Asian conf. on thermoelectrics (ICT/ACT2016)
    • 発表場所
      Wuhan, P. R. China
    • 年月日
      2016-05-29
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Thermal/dynamic properties of thermoelectric clathrates2016

    • 著者名/発表者名
      Tsuneyoshi Nakayama
    • 学会等名
      The 3rd International workshop and conference on phononics and thermal energy sciences
    • 発表場所
      Xi’an, P. R. China
    • 年月日
      2016-05-23
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Thermoelectric clathrates manifesting the phonon-glass electron-crystal concept2015

    • 著者名/発表者名
      Tsuneyoshi Nakayama
    • 学会等名
      Martin Gutzwiller's scientific universe: From wavefunctions over periodic orbits to sun, moon and earth
    • 発表場所
      Max-Planck-Institute for the Physics of Complex Systems, Dresden, Germany
    • 年月日
      2015-10-28
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Thermoelectric clathrates: Realizing the phonon-glass electron-crystal concept2015

    • 著者名/発表者名
      Tsuneyoshi Nakayama
    • 学会等名
      Phonons 2015(15th International Conference on Phonon Scattering in Condensed Matter)
    • 発表場所
      The University of Nottingham, Nottingham, England
    • 年月日
      2015-07-12
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Phonon-glass electron-crystal thermoelectric clathrates2014

    • 著者名/発表者名
      T. Takabatake, K. Suekuni, T. Nakayama, and E. Kaneshita
    • 学会等名
      International Conference on Strongly Correlated Systems (SCES2014) July 7-11, 2014, ,
    • 発表場所
      Campus Saint Martin d’Heres, Grenoble, France
    • 年月日
      2014-07-07 – 2014-07-11
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Phonon-glass electron-crystal thermoelectric clathrates: Role of disorder guest-ions in ordered cages2014

    • 著者名/発表者名
      T. Nakayama
    • 学会等名
      International Conference on Phononics and Thermal Energy Science (PTES2014) May 26-31, 2014,
    • 発表場所
      Tongji University, Shanghai, PR China
    • 年月日
      2014-05-26 – 2014-05-31
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 招待講演

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2022-02-07  

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