強相関電子系における異常熱電特性の起源解明と制御指針の構築

阐明强相关电子系统中异常热电性质的起源并建立控制指南

• 批准号: 22H01783
• 负责人: 松波 雅治
• 金额: $ 11.48万
• 依托单位: Toyota Technological Institute
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01783/
• 关键词: 重い電子系; 熱電材料; 光電子分光

本研究は，強相関電子系が示す異常な熱電特性の起源を特定し，これを制御することで新しい高性能熱電材料を開発することを目的としている．強相関系においては優れた熱電特性を示す物質が存在するものの，その起源が不明であるために合理的な材料探索につながっていない．その主な原因は強相関系におけるゼーベック係数が一般的な材料のように状態密度のエネルギー微分だけでは理解できない点にある．この問題を解決するためには角度分解光電子分光（ARPES）を用いた方法論を確立する必要がある．この方法論を用いて強相関材料に対して状態密度だけでなく伝導電子の緩和時間も含めた総合的な電子構造の情報から熱電特性の支配因子を特定し，その結果に基づいて熱電特性を最適化することで従来の性能を凌駕する材料を創製する．本年度は，初めに方法論の確立を目的として典型的かつ基本的な材料として単純金属Cuを選択した．ARPES測定のためのCu試料の清浄表面はARPES装置に連結されたスパッタ＆アニール装置によって行った．ARPES測定は実験室とシンクロトロン放射光施設の両方で行った．得られた伝導電子の緩和時間はARPESイメージにおけるエネルギー分布曲線と運動量分布曲線のピーク幅から見積もった．これによりCuにおける伝導電子の緩和時間のエネルギー依存性が得られ，それは予想通りフェルミ準位を挟んで大きな変化を示さないことがわかった．このことから本研究において熱電材料の伝導電子の緩和時間のエネルギー依存性を実験的に評価する方法論が確立できたと考えられる．

This study is aimed at demonstrating the origin of anomalous thermoelectric properties in strongly correlated electron systems and the development of novel thermoelectric materials. Strong phase relations, excellent thermoelectric properties, indicating the existence of substances, unknown origins, reasonable material exploration. The main reason is that the strong phase relationship is not the same as that of the general material. The density of state is not the same as that of the differential coefficient. This problem is solved by angular resolution photoelectron spectroscopy (ARPES). This methodology uses strongly correlated materials to optimize the density of states, the relaxation time of conduction electrons, the information on the electronic structure, the determination of the dominant factors of thermoelectric properties, and the creation of materials with superior properties. This year, the methodology was initially established for the purpose of selecting a typical base material and pure metal Cu.ARPES determination of Cu samples was performed on a clean surface ARPES apparatus.ARPES determination was performed on a laboratory scale. The relaxation time of conduction electrons is obtained from ARPES distribution curve and motion distribution curve. The relaxation time of conduction electrons and the dependence of conduction electrons on Cu are determined. In this study, the methodology for evaluating the dependence of conduction electron relaxation time on thermoelectric materials has been established.