Design of high performance thermoelectric material in topological magnets

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究課題では、異常ネルンスト効果を活用した環境発電デバイスの実現を目指し、巨大な異常ネルンスト効果を発現する磁性体の探索とその発現機構を解明することを目標としている。本年度は材料探索の範囲を典型的な磁性材料から二次元系へ材料探索の範囲を拡大し、ファンデルワールス結晶などを対象とした、磁性に由来する電子状態や量子輸送現象の解析を第一原理計算により行った。強磁性ファンデルワールス半金属であるFe3GeTe2において、異常ホール効果がフェルミエネルギーの下に沈んでいるフラットバンドに由来する状態密度の発散により増大されることが明らかとなった。組成の調整によりフェルミエネルギーを調整することで大きな異常ネルンスト効果が実現できる可能性が示唆された。また、異常ホール効果を効率的に計算できるプログラムも新たに実装した。従来では第一原理計算で得られた波動関数を実空間上の原子軌道へ射影するプロセスが必要となり、これが計算機上でのボトルネックとなっていた。新たに実装したプログラムではこれらのプロセスを介さず異常ホール効果や異常ネルンスト効果が計算可能となり、より、大きな系や複雑な磁気構造への適応が可能となった。今後は反強磁性相などの準安定状態における量子輸送現象の系統的な解析に取り組む予定である。また、格子ひずみや不純物の効果による量子輸送現象の応答や磁気構造の熱的安定性などのより工学的な課題にも取り組む予定である。