有機材料とナノ構造体材料における熱電効果の理論研究

有机材料和纳米结构材料热电效应的理论研究

• 批准号: 12F02501
• 负责人: 浅井 美博
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12F02501/
• 关键词: 非平衡量子伝導理論; フォノン輸送; 熱伝導度; 熱電効果; 分子エレクトロニクス; 有機材料; 第一原理計算; 国際情報交換; ナノ構造熱電材料; 有機熱電材料; 変換効率ZT; 非平衡伝導理論; 量子フォノン輸送; 分子接合系; 分子コンポジット材料

フォノン熱伝導度κph を計算する為に以前開発したフォノン輸送NEGF 理論（Y. Asai, Phys. Rev. B 78, 045434 (2008)）を第一原理計算ベースに実装し、これを用いてパラシクロファン誘導体のフォノン熱伝導度κph、熱電変換効率（figure of merit）ZT やその他の熱電物性値の計算を行った。結果を取りまとめて論文発表を行った（ M. Buerkle, T. Hellmuth, F. Pauly, Y. Asai, Phys. Rev. B 91, 165419 (2015)）。上記のフォノン輸送NEGF 理論においては断熱ポテンシャルの非調和性や振動モード間結合に由来するフォノン・フォノン散乱効果は考慮されておらず、高温におけるκph の定量性に疑問が残る。この問題を解決する為に、フォノン・フォノン散乱効果を取り入れたフォノン輸NEGF 理論を開発し、第一原理計算で実装した。これを用いた試行的な計算を金原子ワイヤーに対して行った結果、フォノン・フォノン散乱効果により室温付近のフォノン熱伝導度κph が約２０％程度減じる事が明らかになった。その他、幾つかの国内外の大学の実験グループと共同研究を行った。阪大・基礎工実験グループとは、内包フラーレンのゼーベック係数S に関する共同研究を行いDFT+Σ法という補正法を用いる事により、ゼーベック係数S、電気伝導度σに関して、実験と理論の間に非常に良好な定量的な一致が得られる事を実証した。アリゾナ大・実験グループとは或る芳香環族分子のゼーベック係数S、電気伝導度σに関する共同研究を行い、特に置換配位位置の変化に伴う量子干渉効果がこれらの熱電物性値に及ぼす影響に関する研究を、実験及び理論の双方から行った。これらの結果をまとめて、幾つかの論文を学術国際誌に投稿予定である。

フ ォ ノ ン 伝 heat conductance kappa ph を predominate computing す る for に before 発 し た フ ォ ノ ン conveying NEGF theory (Asai Y., Phys. Rev. B, 78, 045434 (2008)), the first principle calculation ベ を ー ス に be し, こ れ を with い て パ ラ シ ク ロ フ ァ ン inductor の フ ォ ノ ン 伝 heat conductance kappa ph, thermoelectric predominate - in sharper rate (figure of merit ZT) や そ の he の thermoelectric property line numerical の calculation を っ た. The results を take the を まとめて paper release を line った (M. Buerkle, T. Hellmuth, F. Pauly, Y. Asai, Phys. Rev. B 91, 165419 (2015)). Written の フ ォ ノ ン conveying NEGF theory に お い て は break hot ポ テ ン シ ャ ル の non harmonic vibration モ や ー ド combination between に origin す る フ ォ ノ ン · フ ォ ノ ン scattered unseen fruit は consider さ れ て お ら ず, high-temperature に お け る kappa ph の predominate quantitative に doubt が る residue. こ の を solve す る に, フ ォ ノ ン · フ ォ ノ ン scattered unseen fruit を take り れ た フ ォ ノ ン lose NEGF theory を open 発 し, first principles calculation で be loaded し た. こ れ を with い た trial な calculation を gold atoms ワ イ ヤ ー に し seaborne て line っ た results, フ ォ ノ ン · フ ォ ノ ン scattered unseen fruit に よ り at room temperature to pay nearly の フ ォ ノ ン 伝 heat conductance kappa ph が predominate about 20% degree reduction じ る matter が Ming ら か に な っ た. Youdaoplaceholder0 そ he, several そ <e:1> domestic and foreign <s:1> universities <s:1> practical experience グ プと プと プと プと jointly conduct research in the を field った. E., big base, work be 験 グ ル ー プ と は, inner package フ ラ ー レ ン の ゼ ー ベ ッ ク coefficient S に masato す る joint research line を い method of DFT + Σ と い う を correction method with い る matter に よ り, ゼ ー ベ ッ ク coefficient S, electricity 気 伝 conductance sigma に masato し て, be 験 と theory between の に very good に な quantitative consistent な が must ら れ る matter を card be し た. ア リ ゾ ナ big, be 験 グ ル ー プ と は or る aromatic ring molecules の ゼ ー ベ ッ ク coefficient S, electricity 気 伝 conductance sigma に masato す る joint research line を い, に の displacement coordination position - the に quantum dry involved with う unseen fruit が こ れ ら の thermal physical properties and numerical に ぼ す influence に masato す る research を, be 験 and の び theory both か ら line っ た. The results are をまとめて and several れら papers were submitted to the journal of Academic international に for approval at である.

项目成果

Influence of vibrations on electron transport through nanoscale contacts

• DOI: 10.1002/pssb.201350212
• 发表时间: 2013-11-01
• 期刊: PHYSICA STATUS SOLIDI B-BASIC SOLID STATE PHYSICS
• 影响因子: 1.6
• 作者: Buerkle, Marius;Viljas, Janne K.;Pauly, Fabian
• 通讯作者: Pauly, Fabian

Thermoelectric Transport in Single Molecule Junction

单分子结中的热电传输

• 发表时间: 2014
• 作者: M. Buerkle;S.K. Lee;R. Yamada;H. Tada and Y. Asai;M. Buerkle and Y. Asai;M. Buerkle and Y. Asai;Marius Bürkle
• 通讯作者: Marius Bürkle

Conductance and thermopower of C82 and endohedral metallofullerene molecular junctions with Au electrodes

C82 和内嵌金属富勒烯分子与 Au 电极结的电导和热电势

• 发表时间: 2015
• 作者: Marius Buerkle;See Kei Lee;Ryo Yamada;Hirokazu Tada;and Yoshihiro Asai
• 通讯作者: and Yoshihiro Asai

Thermoelectric transport through single molecule junctions

通过单分子结的热电传输

• 发表时间: 2014
• 作者: Marius E. Buerkle;Thomas Hellmuth;Fabian Pauly;Yoshihiro Asai
• 通讯作者: Yoshihiro Asai

Thermoelectric transpot at the single—molecule level

单分子水平的热电转运

• 发表时间: 2013
• 作者: Marius E. Buerkle;Thomas Hellmuth;Fabian Pauly;Yoshihiro Asai;Marius E. Buerkle
• 通讯作者: Marius E. Buerkle