電子格子結合の制御に基づく高性能熱電物質の理論設計指針の探究

基于电子晶格耦合控制的高性能热电材料理论设计指南探索

基本信息

批准号：
22K04908
负责人：
越智正之
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究課題は、電子状態・フォノン状態とそれらの結合に注目して、熱電物質の新しい性能向上指針を探るものである。そこでは、理論計算手法として第一原理計算と有効模型計算を組み合わせて用いる。当該年度は、主に電子フォノン相互作用を含んだ有効模型の解析を行なった。具体的には、電子バンドおよびフォノンバンド、さらにそれらの結合を含むようなミニマルなモデルを構成し、そのパラメータを変化させながら輸送特性（電気伝導度やゼーベック係数、電力因子）を計算した。特に、複数の熱電物質において重要性の指摘されているバレー間散乱およびバレー内散乱の比率を変えることで、モデルパラメータに応じた、すなわち様々な電子・フォノン状態に応じた性能向上指針を得ることを目指した。電子バンドの有効質量やキャリア密度もコントロールパラメータとすることで、様々な状況を表現できるようにした。その結果、バレー間散乱の強い状況においては、強い繰り込み効果によってゼーベック係数に特異な振る舞いがみられることが明らかになった。その一部は先行研究によって指摘されていた振る舞いと合致する。こうした解析は、これまで注目されてこなかった電子・フォノン状態において、高性能もしくは新奇性の高い現象の起こる可能性を示唆するものである。またあわせて、いくつかの熱電物質について第一原理計算を行ない、その電子状態やフォノン状態を計算した。そうした解析を通して、電子状態・フォノン状態とその輸送特性の関係について議論した。

该研究主题侧重于电子和声子状态及其耦合，并探讨了改善热电材料性能的新准则。在这种情况下，将第一个主要计算和有效的模型计算组合用作理论计算方法。在今年，我们分析了主要包含电子声子相互作用的有效模型。具体而言，构建了一个最小模型，其中包括电子带和声子频带及其耦合以及传输属性（电导率，Seebeck系数，功率因数，功率因数），同时更改参数。特别是，通过改变伏尔利散射和插入式散射的比率，这些散射是在多种热电材料中指出的重要性，我们旨在获得根据模型参数来提高性能的准则，即，换句话说，根据各种电子和声子状态。还可以将电子带的有效质量和载体密度作为控制参数，可以表达各种情况。结果，据透露，在排球散射很强的情况下，由于重生的效果强，塞贝克系数是单一行为。其中一些与以前的研究指出的行为一致。这些分析表明，在电子 - 波状态下可能会出现高性能或新现象，而这些现象尚未引起人们的注意。此外，对几种热电材料进行了第一原理计算，并计算了其电子和声子状态。通过这种分析，讨论了电子状态与声子状态之间的关系及其运输特征。