結晶化学による電子多自由度設計と熱電変換材料開発

利用晶体化学的电子多自由度设计和热电转换材料开发

• 批准号: 07J05020
• 负责人: 栗山 博道
• 金额: $ 1.73万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07J05020/
• 关键词: 5d遷移金属酸化物; イリジウム酸化物; フラットバンド金属; ナローギャップ半導体; エピタキシャル薄膜; スピン軌道相互作用; 電子間相互作用; 熱電変換; 三角格子; フラットバンド; LiIr_2O_4; 強相関電子; 電子多自由度; 高効率熱雷変換材料; Pulsed laser deposition; 結晶格子の否み; バッファー層

5d遷移金属酸化物、特にイリジウム酸化物に着目し以下の二つの指針に基づいて熱電変換材料の設計(第一原理計算)、薄膜合成、性能評価を行った。1.幾何学的フラストレーションの強い格子に起因したフラットバンド金属本研究で得られたスピネル型イリジウム酸化物LiIr_2O_4において、フラットバンドが形成されることを、第一原理電子状態計算から見出した。絶縁体であるLiIr_2O_4に対してリチウムデインターカレーション(Ir_2O_4)によるホールドープを試みたが金属状態は得られなかった。光学スペクトルによる電子構造の観測からIr_2O_4がスピン軌道相互作用と電子間相互作用の協奏によって小さなエネルギーギャップをもつ半導体になっていることが示唆される。2.電子間相互作用やスピン軌道相互作用に起因した小さなエネルギーギャップをもつ半導体スピン軌道相互作用を考慮した第一原理電子状態計算から、AIrO_3(A=Sr,Ca)がスピン軌道相互作用によって小さな直接ギャップの開いた半金属になることが期待される。特に、格子の小さいCaIrO_3の方が、ギャップが大きく、キャリア数が少ないと予想された。実際、CaIrO_3の方が、キャリア数が少なくナローギャップ半導体に近い傾向を示した。一方で熱起電力は150K付近で極大(30μV/K)を示し、半金属状態を残していることが伺える。さらにエピタキシャル歪みによって格子を縮めるなどの工夫によって、ナローギャップ半導体の実現と熱電性能の向上が期待される。本研究によって、5d遷移金属酸化物においてフラットバンド金属の実現が難しいことが示された。スピン軌道相互作用と電子間相互作用によって小さなエネルギーギャップを伴った半導体になってしまうためである。一方で、ナローギャップ半導体は高い熱起電力と低い電気抵抗を両立させる舞台である。耐酸化性の酸化物ナローギャップ半導体は、中温領域での排熱発電への応用が大いに期待でき、5d遷移金属酸化物がその舞台となることを示せた。

Design (first principles calculation), thin film synthesis, and performance evaluation of 5d migrating metal acid oxides, special にイリジウム acid oxides, and the following の二つのPointer based thermoelectric conversion materials. 1. The origin of the geometry of the square grid and the metal structure. The acid compound LiIr_2O_4 is the same as the において, the フラットバンドが formation is the されることを, and the first principles electronic state calculation is the から见出した. Jue縁体であるLiIr_2O_4に対してリチウムデインターカレーション( Ir_2O_4) によるホールドープをtest みたがmetal stateはget られなかった. Optical measurement of electron structure and measurement of Ir_2O_4 orbital interaction and electron-to-electron interaction The role of the concerto is the small さなエネルギーギャップをもつ Semiconductor になっていることが Shows 唆される. 2. The cause of the interaction between electrons and the orbital interaction of the semiconductor are the first principles of the electron state. State calculation から, AIrO_3(A=Sr,Ca)がスピン orbital interaction によって小さなDirect ギャップの开いた Semi-metallic になることがLooking forward to される. Special に, grid の small さ い CaIrO_3 の square が, ギ ャ ッ が き く, キ ャ リ ア number が な い と yu xiang さ た.実记, CaIrO_3の方が, キャリア数が小なくナローギャップ semiconductor にNearly い tendencies をshow した. On one side, the electric power generated by heating is 150K, which is close to the maximum (30μV/K), and the semi-metallic state is still there.さらにエピタキシャル crooked みによってlattice をshrink めるなどの公夫によって, ナローギャップSemiconductors are now showing improvement in thermoelectric properties and expectations are rising. In this study, the 5d migration metal acid compound, the metal oxide, is difficult to detect.スピン orbital interaction and electron-electron interaction によって小さなエネルギーギャップを同った semiconductor になってしまうためである. One party's, ナローギャップsemiconductor's high いheated electricity とlow いelectricity resistance を両立させるstage である. Acidification-resistant acid compound semiconductor, medium-temperature range heat-dissipating electronics Use が大いにLook forward to でき, 5d migration metal acid oxide がそのstage となることをshow せた.