2015 Fiscal Year Annual Research Report
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25870231
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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 | ディラック電子系 / スピン軌道結合 / マルチバンドk.p理論 / g因子 / 熱電性能指数 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度までにBiに対する有効模型の構築を行ってきた．当初計画通り，平成２７年度はその他のディラック電子系物質であるIV-VI族ナローギャップ半導体PbTe, SnTe, 及びその合金に対する有効模型構築を行い，(C)実際の物質に対する有効模型の構築および(D)さらに高いZTの可能性を探る研究を行った．
（１）第一原理計算（OpenMX）により，PbTe, SnTeのバンド構造を計算し，実験値と一致するエネルギーギャップ値を得た．さらに最局在ワニエ軌道を用いて強束縛模型を構築することで，等エネルギー面の微細構造を調べられるようにした．その結果，PbTeとSnTeでは等エメルギー面のトポロジーが異なることを明らかにした．このことはIV-VI族半導体での超伝導機構に重要な情報をもたらす．
（２）Lentらによる相対論的強束縛近似をPbTeとSnTeに適用し，スピン軌道相互作用を自由に変化させることでその影響を明瞭にした．輸送係数の計算から，電気伝導度，ゼーベック係数，熱伝導度の物理量の計算を行い，それらから熱電性能指数ZTを計算し，その温度依存性及び化学ポテンシャル依存性を調べた．PbTeではスピン軌道相互作用によりZTが抑制されていること，一方でSnTeではスピン軌道相互作用によりZTが増強されていることを明らかにした．
（３）前年度までに開発したマルチバンドk.p理論をPbTe，SnTe及びその合金に適用し，これらの物質における結晶スピン軌道結合の効果を調べた．ゼーマン分裂とサイクロトロンエネルギーの比Mを計算し，PbTeではM<1, SnTeではM>1となり，それらの合金でバンド反転する組成でちょうどM=1となることを解析的にも数値的にも明らかにした．これにより，トポロジカル結晶絶縁体への転移がMのバルク測定のみで決定できることを示した．
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