Theoretical study and material design of high performance thermoelectric materials arising from ferromagnetic spin fluctuations

铁磁自旋涨落产生的高性能热电材料的理论研究和材料设计

• 批准号: 21K04866
• 负责人: 西口 和孝
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04866/
• 关键词: 熱電物質; 電子相関効果; 第一原理計算; ホイスラー化合物; 熱電効果; スピン揺らぎ; 強磁性; 物質設計

今年度は、コーディング済みの乱雑位相近似（RPA）や揺らぎ交換（FLEX）近似の強相関ソルバーの計算結果からゼーベック係数などの熱電性能を計算するルーチンの開発を主に行なった。上記の強相関ソルバーでは温度グリーン関数が中心的な計算量となるが、電気伝導率やゼーベック係数を評価するためには解析接続を行い遅延グリーン関数を計算する必要がある。ここで、数値的な解析接続はパデ近似を用いている。更に、前年度に最局在ワニエ関数を用いて代表的な熱電物質の一つであるホイスラー化合物Fe$_2$VAlの有効模型の構築（ワニエ化）を行なったが、関連するFeAlやFe$_3$X (X = Al, Ga)のワニエ化も同様に行った。これらの物質においても、フェルミレベル付近ではFeのd軌道、Vのd軌道、そしてAl (Ga)のsp3軌道が非常に強くエンタングルし、低エネルギー模型において重要な役割を示すことが明らかになった。一方で、これら物質の有効模型は低エネルギー模型においても軌道自由度が大きく、計算コストの増大が無視できなくなった。すなわち、Fe$_2$VAlでは19（=5*2+5+4）軌道、FeAlは9（=5+4）軌道、Fe$_3$Alでは19（= 5*3+4）軌道の有効模型の解析が必要となる。以上の理由から、ブリルアンゾーンの対称性などを用いた計算メモリの低減と並列化計算を用いた計算の加速を行なった。また、今後の一般化のためと汎用性が高まるように強相関ソルバーのコーディングを行なっている。

今年，我们主要开发了常规，以计算热电性能，例如Seebeck的系数，从高度相关的杂项相位近似（RPA）和波动交换（FLEX）近似值的高度相关求解器的计算结果中。在上述密切相关的求解器中，温度绿色函数是中央计算复杂性，但是为了评估电导率和Seebeck系数，有必要执行分析连接并计算延迟绿色函数。在这里，数值分析连接使用幻象近似。此外，在上一年中，使用最局部的Wanger函数来构建Heusler Complound Fe $ _2 $ Val的有效模型（Garnierization），这是代表性的热电材料之一，并类似地对相关的Feal和Fe $ _3 $ x（x = al，GA）来构建wangerization。据透露，在这些材料中，Fe的D轨道，V的D轨道和Al（GA）的SP3轨道非常纠缠在费米水平附近，并且它们在低能模型中表现出重要的作用。另一方面，即使在低能模型中，这些材料的有效模型在轨迹上具有很大的自由度，而且计算成本的增加也不容忽视。也就是说，有必要分析Fe $ _2 $ Val的19（= 5*2+5+4）轨道的有效模型，FEA的9（= 5+4）轨道和19（​​= 5*3+4）轨道的轨道。由于上述原因，使用Brillouin区域对称性等减少计算存储器，并使用并行计算加速计算。此外，强相关求解器正在编码未来的概括以提高多功能性。

项目成果

第一原理計算による熱電物質122系Zintl相化合物へのn型ドープと形成エネルギーの理論的研究

利用第一性原理计算热电122基Zintl相化合物的n型掺杂和形成能的理论研究

• 发表时间: 2021
• 作者: 西口和孝;越智正之;李哲虎;黒木和彦
• 通讯作者: 黒木和彦

層状ペロブスカイト光触媒Y$_2$Ti$_2$O$_5$S$_2$における面欠陥の理論的研究

层状钙钛矿光催化剂Y$_2$Ti$_2$O$_5$S$_2$平面缺陷的理论研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 西口和孝;中林麻美子;梁希壮;久富隆史;土持崇嗣;柴田直哉;堂免一成;天能精一郎
• 通讯作者: 天能精一郎

層状ペロブスカイト光触媒Y$_2$Ti$_2$O$_5$S$_2$における欠陥の第一原理解析

层状钙钛矿光催化剂Y$_2$Ti$_2$O$_5$S$_2$缺陷的第一性原理分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 伊東裕、田中文也;竹延大志;広部大地;山本浩史;西口和孝
• 通讯作者: 西口和孝

Possibility of N-type Doping in CaAl$_2$Si$_2$-type Zintl Phase Compound CaZn$_2$$X_2$ ($X$ = As, P)

CaAl$_2$Si$_2$ 型 Zintl 相化合物 CaZn$_2$$X_2$ 中 N 型掺杂的可能性 ($X$ = As, P)

• DOI: 10.7566/jpsj.91.064707
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of the Physical Society of Japan
• 影响因子: 1.7
• 作者: Kazutaka Nishiguchi;Masayuki Ochi;Chul-Ho Lee;and Kazuhiko Kuroki
• 通讯作者: and Kazuhiko Kuroki

Characterization of Planar Defect in Layered Perovskite Photocatalyst Y$_2$Ti$_2$O$_5$S$_2$ by Electron Microscopy and First-Principles Calculations

通过电子显微镜和第一原理计算表征层状钙钛矿光催化剂 Y$_2$Ti$_2$O$_5$S$_2$ 中的平面缺陷

• DOI: 10.1021/acs.jpcc.3c00820
• 发表时间: 2023
• 期刊: Journal of Physical Chemistry C
• 影响因子: 3.7
• 作者: Mamiko Nakabayashi;Kazutaka Nishiguchi;Xizhuang Liang;Takashi Hisatomi;Tsuyoshi Takata;Takashi Tsuchimochi;Naoya Shibata;Kazunari Domen;and Seiichiro L. Ten-no
• 通讯作者: and Seiichiro L. Ten-no