有機材料とナノ構造体材料における熱電効果の理論研究

有机材料和纳米结构材料热电效应的理论研究

基本信息

批准号：
12F02501
负责人：
浅井美博
金额：
$ 1.54万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12F02501/
关键词：
非平衡量子伝導理論フォノン輸送熱伝導度熱電効果分子エレクトロニクス有機材料第一原理計算国際情報交換ナノ構造熱電材料有機熱電材料変換効率ZT 非平衡伝導理論量子フォノン輸送分子接合系分子コンポジット材料

项目摘要

フォノン熱伝導度κph を計算する為に以前開発したフォノン輸送NEGF 理論（Y. Asai, Phys. Rev. B 78, 045434 (2008)）を第一原理計算ベースに実装し、これを用いてパラシクロファン誘導体のフォノン熱伝導度κph、熱電変換効率（figure of merit）ZT やその他の熱電物性値の計算を行った。結果を取りまとめて論文発表を行った（ M. Buerkle, T. Hellmuth, F. Pauly, Y. Asai, Phys. Rev. B 91, 165419 (2015)）。上記のフォノン輸送NEGF 理論においては断熱ポテンシャルの非調和性や振動モード間結合に由来するフォノン・フォノン散乱効果は考慮されておらず、高温におけるκph の定量性に疑問が残る。この問題を解決する為に、フォノン・フォノン散乱効果を取り入れたフォノン輸NEGF 理論を開発し、第一原理計算で実装した。これを用いた試行的な計算を金原子ワイヤーに対して行った結果、フォノン・フォノン散乱効果により室温付近のフォノン熱伝導度κph が約２０％程度減じる事が明らかになった。その他、幾つかの国内外の大学の実験グループと共同研究を行った。阪大・基礎工実験グループとは、内包フラーレンのゼーベック係数S に関する共同研究を行いDFT+Σ法という補正法を用いる事により、ゼーベック係数S、電気伝導度σに関して、実験と理論の間に非常に良好な定量的な一致が得られる事を実証した。アリゾナ大・実験グループとは或る芳香環族分子のゼーベック係数S、電気伝導度σに関する共同研究を行い、特に置換配位位置の変化に伴う量子干渉効果がこれらの熱電物性値に及ぼす影響に関する研究を、実験及び理論の双方から行った。これらの結果をまとめて、幾つかの論文を学術国際誌に投稿予定である。

为了计算声子热导率κph，我们在第一性原理计算的基础上应用了先前开发的声子输运NEGF理论（Y. Asai, Phys. Rev. B 78, 045434 (2008)），并用它来计算paracyclo 我们计算了风扇导体的声子热导率 κph、热电转换效率（品质因数）ZT 以及其他热电特性。结果汇编并发表在一篇论文中（M. Buerkle, T. Hellmuth, F. Pauly, Y. Asai, Phys. Rev. B 91, 165419 (2015)）。上述声子输运NEGF理论没有考虑绝热势的非调和性以及振动模式之间耦合产生的声子-声子散射效应，高温下κph的定量性质仍然存在疑问。为了解决这个问题，我们开发了一种声子输运 NEGF 理论，该理论结合了声子-声子散射效应，并使用第一原理计算来实现它。使用金原子线进行试算的结果表明，由于声子-声子散射效应，室温附近的声子热导率κph降低了约20%。此外，我们还与国内外多所大学的实验组进行了联合研究。我们与大阪大学基础工程实验组对内嵌富勒烯的塞贝克系数S进行了联合研究，通过使用称为DFT+Σ法的校正方法，我们发现塞贝克系数的实验与理论之间存在显着差异结果表明，S 和电导率 σ 获得了良好的定量一致性。我们正在与亚利桑那大学实验组联合研究某些芳环分子的塞贝克系数S和电导率σ，特别是与取代配位位置变化相关的量子干涉效应对这些热电性能的影响。研究从实验和理论上进行。我们计划总结这些结果并向国际学术期刊提交几篇论文。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Influence of vibrations on electron transport through nanoscale contacts

DOI：
10.1002/pssb.201350212
发表时间：
2013-11-01
期刊：
PHYSICA STATUS SOLIDI B-BASIC SOLID STATE PHYSICS
影响因子：
1.6
作者：
Buerkle, Marius;Viljas, Janne K.;Pauly, Fabian
通讯作者：
Pauly, Fabian

Thermoelectric Transport in Single Molecule Junction

单分子结中的热电传输

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
0
作者：
M. Buerkle;S.K. Lee;R. Yamada;H. Tada and Y. Asai;M. Buerkle and Y. Asai;M. Buerkle and Y. Asai;Marius Bürkle
通讯作者：
Marius Bürkle

Conductance and thermopower of C82 and endohedral metallofullerene molecular junctions with Au electrodes

C82 和内嵌金属富勒烯分子与 Au 电极结的电导和热电势