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2013-7

第一原理計算による結晶材料のゼーベック係数の理論評価


技術のポイント

結晶材料の電子構造計算の情報を元に、ゼーベック係数の定量評価を可能にする技術の開発

基礎研究


背景
温度差を電力に変換する熱電変換素子は廃熱の有効利用を可能にする。希少元素を含まず汎用元素で構成される熱電材料の開発が期待される。

目的
第一原理計算を用いて熱電変換効率の支配因子の一つであるゼーベック係数を定量的にシミュレーションする技術の開発。

成果
(1) 第一原理計算を用いたバンド構造と状態密度分布の計算から、電子の群速度を計算、また任意の温度、キャリア濃度におけるフェルミエネルギーを決定し、ゼーベック係数を定量評価する技術を開発。
(2) 汎用元素であるCa、Feから構成されるCa2Fe2O5のゼーベック係数の温度依存性の定量評価。


・手法:第一原理平面波基底PAW法(VASP code)スピン分極とFeの3d軌道の電子相関を考慮したDFT+U 法
・評価:全エネルギー計算とバンド構造、状態密度分布の電子構造解析

図1. (上)Ca2Fe2O5の結晶構造、
(下)反強磁性相のバンド構造と状態密度分布図
図2. 第一原理計算で決定されたCa2Fe2O5のゼーベック係数の
温度依存性。pは格子中のFeに対するモル比でのホール濃度



今後の展開
異なる結晶構造を有する
酸化物材料へ本技術を適用
高効率の熱電材料開発へ寄与



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