2013 Fiscal Year Research-status Report
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25870231
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
伏屋 雄紀 電気通信大学, 情報理工学(系)研究科, 准教授 (00377954)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ディラック電子 / 熱電効果 / ビスマス / 久保公式 / スピンホール効果 / 軌道磁化率 |
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| Research Abstract |
研究計画に従い，（Ａ）理想ディラック模型における熱電効果，（Ｂ）異方的ディラック模型における輸送現象，について研究を行った．
（Ａ）等方的Wolff模型における電気伝導度，ゼーベック係数，電子熱伝導度についての統一的表式を久保公式に基づいて導出した．これらを用いて，各輸送係数の温度依存性および化学ポテンシャル依存性を計算した．その結果，温度と化学ポテンシャルを調整することにより，熱電性能指数ZTが４を超えうることが分かった．
（Ｂ）異方的Wolff模型における輸送現象の研究を行った．本年度は特にスピンホール伝導度について調べた．結果，異方性は全てバンド分散のガウス曲率によって表現され，本質的な性質は等方的Wolff模型と共通であることが分かった．また軌道磁化率を計算すれば，これも異方性はガウス曲率で表されることが分かった．このことより，スピンホール伝導度と軌道磁化率を関係付ける表式（以前等方的Wolff模型では証明した関係式）が，異方性を考慮しても成立することが明らかとなった．さらにこの関係式から，ビスマスにおけるスピンホール伝導度を見積もったところ，従来Ptのおよそ100倍にもおよぶ巨大なスピンホール効果が得られることが分かった．
当初の研究計画を超える研究として，PbTeをはじめとする鉛塩（PbTe, PbSe,PbS,SnTe,GeTe）の電子状態を計算した．PbTeは代表的熱電物質であるが，平均価数がビスマスと同じ５価で，結晶構造も近いことから，ビスマス中ディラック電子系との類似性が期待できる．計算の結果，多くの鉛塩でディラック電子的バンド分散が得られることが分かった．仮想結晶近似により，合金の電子状態も計算したところ，Pb1-xSnxTe等いくつかの合金でギャップが非常に小さい，理想的なディラック電子が得られることが分かった．
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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
当初計画の通り，（Ａ）理想ディラック模型における熱電効果の計算は完了し，熱電性能指数がどのような場合に大きな値を取るのかを明らかにした．また，（Ｂ）異方的ディラック模型においても，異方性はガウス曲率にのみ反映され，本質は理想ディラック模型と共通であることも明らかになった．
さらに当初の予定を上回る研究として，新しい物質群（鉛塩）が本研究の対象であるディラック電子系であることを確認し，当初計画以上に研究対象の幅を広げることが出来る様になった．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も当初計画に従って研究を推進する．
まず，（Ｃ）物質固有ディラック模型を原子軌道線形結合法とk.p理論を組み合わせて導出する．具体的には，Bi，そして新たにディラック電子系に加わった鉛塩物質について計算を行う．この物質固有模型と前年度までに開発した異方的Wolff模型の輸送現象理論を組み合わせ，各物質の輸送係数を計算する．
さらに（Ｄ）磁場，圧力，ドーピング等の条件変化に対する輸送係数を数値計算によりシミュレーションし，熱電性能指数をより高める条件を割り出す．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
ほぼ当初の予定金額を使用した．予定していた計算機の機種を変更したので，それにより支出が若干少なくなった．
ほぼ当初の予定通り使用する．
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