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。

This year, the calculation results of the chaotic phase approximation (RPA) and the strong correlation approximation (FLEX) are mainly used to calculate the thermoelectric performance of the system. Note that the calculation of temperature dependence is necessary for the calculation of temperature dependence, conductivity dependence, coefficient dependence, and analytical dependence. The analysis of the number of values is followed by the approximation of the number. In addition, in the previous year, the most important part of the thermoelectric material represented by the number of related materials was the construction of the effective model of Fe_2$VAl, and the correlation between FeAl and Fe_3$X (X = Al, Ga) was carried out. In this case, the material in the model is very strong and low, and the material in the model is very close to Fe's d orbital, V's d orbital, and Al (Ga) s sp3 orbital. The existence model of a square, a square It is necessary to analyze the existence model of Fe_2$VAl 19 (=5*2+5+4) orbital, FeAl 9 (=5+4) orbital and Fe_3$Al 19 (= 5*3+4) orbital. For the above reasons, the calculation of the equivalence of the separation and the calculation of the parallelism of the separation and the calculation of the acceleration of the separation are carried out. In the future, the generalization and universality of the system will be highly correlated.

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