電子格子結合の制御に基づく高性能熱電物質の理論設計指針の探究

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本研究課題は、電子状態・フォノン状態とそれらの結合に注目して、熱電物質の新しい性能向上指針を探るものである。そこでは、理論計算手法として第一原理計算と有効模型計算を組み合わせて用いる。当該年度は、主に電子フォノン相互作用を含んだ有効模型の解析を行なった。具体的には、電子バンドおよびフォノンバンド、さらにそれらの結合を含むようなミニマルなモデルを構成し、そのパラメータを変化させながら輸送特性（電気伝導度やゼーベック係数、電力因子）を計算した。特に、複数の熱電物質において重要性の指摘されているバレー間散乱およびバレー内散乱の比率を変えることで、モデルパラメータに応じた、すなわち様々な電子・フォノン状態に応じた性能向上指針を得ることを目指した。電子バンドの有効質量やキャリア密度もコントロールパラメータとすることで、様々な状況を表現できるようにした。その結果、バレー間散乱の強い状況においては、強い繰り込み効果によってゼーベック係数に特異な振る舞いがみられることが明らかになった。その一部は先行研究によって指摘されていた振る舞いと合致する。こうした解析は、これまで注目されてこなかった電子・フォノン状態において、高性能もしくは新奇性の高い現象の起こる可能性を示唆するものである。またあわせて、いくつかの熱電物質について第一原理計算を行ない、その電子状態やフォノン状態を計算した。そうした解析を通して、電子状態・フォノン状態とその輸送特性の関係について議論した。