| 研究課題/領域番号 |
19K15274
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
北原 功一 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (70758036)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 複雑構造固体 / 熱電輸送特性 / 量子拡散 |
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| 研究実績の概要 |
量子拡散は準結晶やその関連物質の特異な電気伝導特性を説明し得る有力な機構として提案されたが，原理的には準結晶関連物質に限らず，一般の複雑構造固体においても支配的な電気伝導機構となる可能性がある．本研究では量子拡散の理論を電気伝導率以外の熱電特性（ゼーベック係数，電子熱伝導率，格子熱伝導率）をも含む理論に拡張する事，それらを第一原理的に計算する手法を確立する事，またその計算結果を実験的に検証する事を通じて，複雑構造固体熱電材料の特性を解析・予測する為の基盤を確立する事を目指している．
第一年度の当初の目標は関連する基礎理論の整理・構築であった．量子拡散理論はボルツマン理論（半古典論）と久保理論（量子論）の間に位置づけられる理論であり，久保理論を近似してボルツマン理論に帰着させる過程でバンド間の効果を残す事が要点となる．本研究では将来的に電子・フォノン散乱等の具体的な散乱機構を取り入れる際に便利な様に，多体量子論で広く用いられているグリーン関数法を基礎として理論をまとめ直した．特に電子については，上位理論として参考となる久保理論の研究が既に多くあり，本研究で必要な理論の基礎を順調に完成する事が出来た．一方，フォノンの量子拡散理論は未完成であり，第二年度以降に持ち越す事となった．
情報収集・成果発表の為に国際準結晶会議，日本熱電学会，準結晶研究会，日本物理学会に参加した．特に日本熱電学会での議論を通じて，量子拡散理論に基づく熱電特性の計算法が，第一原理計的な計算法として確立していない現段階のものであっても有用である事を認識した．そこで当初第四年度に計画していた課題であるが，公開を視野に入れて計算プログラムを実装する事の優先順位を高く設定し直し，第一年度後半に着手した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
概要に記載した通り，第一年度の当初の計画としては電子とフォノンそれぞれに対する量子拡散理論の基礎を整理・構築する事を目指していたが，電子については概ね完成したものの，フォノンについては未完成であり，この点については当初の計画よりも遅れている．一方で，学会での議論を通じてその重要性を認識し，当初計画では第四年度に計画していた計算プログラムの実装に着手したという点は計画以上の進展である．これらを総合して研究全体としてはおおむね順調に進展していると判断した．
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| 今後の研究の推進方策 |
第一年度後半から着手している計算プログラムの実装を優先して進める予定である．関連する成果を国内では9月に予定されている日本熱電学会の学術講演会で，国外では12月に予定されているアジア熱電会議で発表し，あわせて利用可能な計算プログラムを公開する事を目指す．その後，第二年度の当初の目標である，電子の熱電輸送特性（電気伝導率，ゼーベック係数，電子熱伝導率）について，内因的な散乱機構である電子・フォノン散乱を量子拡散理論に取り入れて第一原理的に計算する手法の確立を目指す．第一年度から持ち越しているフォノンの量子拡散理論の構築については，第三年度にその第一原理版の構築を計画しているので，その直前にあたる第二年度の最後の計画として実施する予定である．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
参加予定であった日本物理学会第75回年次大会が現地開催中止となり当該旅費を使用できなかった事，また所属研究室で所有する計算機の資源を想定以上に確保できた為，本研究課題でスーパーコンピュータを利用しなかった事が最大の理由である．次年度使用額と翌年度分請求額の合計は計画段階の申請額よりも450千円少ない為，当初計画の範囲内で使用する予定であり，次年度使用額が生じた事による追加の使用計画は無い．
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