| 研究課題/領域番号 |
26610101
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
黒木 和彦 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (10242091)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | ゼーベック効果 / 熱電効果 / 無次元性能指数 / バンド形状 |
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| 研究実績の概要 |
本研究計画では、バンド形状を最適化するという観点から熱電物質の理論設計を目指し、一つの数値目標として、無次元性能指数ZT>3 の達成を掲げている。平成27年度は、熱電材料として近年、注目を集めているいくつかの物質に対して理論研究を行い、さらなる熱電性能向上の可能性を調べた。SnSeに対しては、近年、無次元性能指数ZT=2.6を達成したとの報告がなされた。我々はこれに対して理論計算を行い、既存の実験結果を再現した上で、キャリアーとして電子を注入することができれば、さらなる熱電性能の向上が見込まれ、ZT>3 を達成することが可能であることを示した。上述のようにZT>3は当初からの数値目標であり、現段階で理論的な可能性が見えてきたことは大きな意義を持つ。さらに、電子ドープしたSnSeにおいてなぜ大きな熱電性能が得られるかをバンド形状の観点から検討し、普遍的な理論に発展させつつある。これまで我々は平坦バンドの有利性を説いてきたが、それとはむしろ逆のバンド形状においても、キャリアー数如何によっては、熱電性能向上に極めて有利な状況がありうることを見出しつつある。また、BiCuSeO についても、さらなる最適化の可能性を、結晶構造と元素の変調という観点から検討を開始した。ブロック層内のBiを他の元素に置換することによる熱電性能向上の可能性について検討を行い、新物質設計に結び付けることを目指している。
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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
本研究計画においては、ZT>3 の物質を理論的に設計することを目標に掲げていた。既存の物質をベースにしてはいるものの、理論的にはZT>3 が可能である物質を見出すことができた点において、順調に進展しているといえる。ただし、今年度中にこれを論文として出版できなかったため、来年度の早期の論文出版をめざす。
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| 今後の研究の推進方策 |
SnSeにおいて電子ドープを行うことによってZT>3 が可能となることを理論的に示すことができたので、今後はこの要因を微視的な視点、特にバンド形状の観点から突き詰め、これを一般的な理論に昇華することによって、同様のメカニズムによる高熱電性能が見込める物質の理論探索を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
今年度に得られた成果の発表を平成28年度に開かれる国際会議にて行うため、その旅費として用いる必要が生じるため。また、購入予定のパソコンのモデルチェンジが年度末に行われたため、平成28年度の早期にパソコンを購入することとした。また、現在、SnSeの大きな熱電効果の起源に関する論文を執筆中であるが、その出版が平成28年度にずれ込むことになったことも理由の一つである。
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| 次年度使用額の使用計画 |
平成28年度に開かれる熱電効果の国際会議 ICT への参加旅費として使用するほか、平成27年度に購入しなかったパソコンを、平成28年度の早い段階で購入する。また、現在執筆中の論文は平成28年度中に出版が予定されるため、その出版費用にも用いる。
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