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各電子輸送特性の相関

ドキュメント内 JAIST Repository https://dspace.jaist.ac.jp/ (ページ 85-119)

84

85

Figure 82

στ

el-1の

S

の依存性を示す.στel-1は

S

の小さい原点付近では大きな値を取り,Sの 増大に伴い減少する.これはキャリア密度の減少に伴い

στ

el-1が減少し,Sが増大するという自由 電子モデルと定性的に一致する.

Fig. 82 στ

el-1の

S

の依存性

Figure 83

el

τ

el-1の

S

の依存性を示す.Sの絶対値の増大に伴い

el

τ

el-1は減少する.

Fig. 83 

el

τ

el-1の

S

の依存性

-2000 -1000 0 1000 2000

10 10 10 11 10 12 10 13 10 14 10 15 10 16 10 17 10 18 10 19 10 20 10 21

p type

 el -1 /  -1 m -1 s -1

S / VK -1

T = 673 K GGA + SOC n type

S -  el -1

-2000 -1000 0 1000 2000

10 5 10 6 10 7 10 8 10 9 10 10 10 11 10 12 10 13 10 14 10 15 10 16

 el  el -1 / WK -1 m -1 s -1

S /  VK -1

n type p type

T = 673 K GGA + SOC

S -  elel -1

86

Figure 84

Z

el

T

S

依存性を示す.Sの絶対値の増大に伴い

Z

el

T

は増大する.分布が明ら

かに偏っており,1000 μVK-1程度まで

Z

el

T

が増大しそれ以上で飽和し始める群,200 μVK-1程度 で飽和し始める群の二つが見られる.

Fig. 84 Z

el

T

S

依存性

Figure 85

B factor

S

依存性を示す.B factorは

S

が小さいほど大きい.およそ

±200 μVK-1程度までは

B factor

はそれほど変化しないが,絶対値がそれ以上大きくなると急激 に減少する.

Fig. 85 B factor

S

依存性

-2000 -1000 0 1000 2000

10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 101 102

Z

el

T

S / VK

-1

T

= 673 K GGA + SOC

p type n type

S - Z

el

T

-200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 10-8

10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 101 102

Z

el

T

S / VK

-1

T

= 673 K GGA + SOC

p type n type

S - Z

el

T Zoom up

-2000 -1000 0 1000 2000

10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 101

lat = 1 Wm-1K-1

el = 5×10-15 sec.

B factor

S / VK

-1

T

= 673 K GGA + SOC

p type

S - B factor

n type

-600 -400 -200 0 200 400 600 10-5

10-4 10-3 10-2 10-1 100 101

lat = 1 Wm-1K-1

el = 5×10-15 sec.

B factor

S / VK

-1

T

= 673 K GGA + SOC p type

S

- B factor n type

Zoom up

87

Figure 86

にローレンツ数

L

S

の依存性を示す.両者には相関がみられ,Lが

2.45×10

-8

V

2

K

-2付近では

S

はほとんどの場合は±200 μVK-1である.Sの増大に伴い

L

は増大し,Sの絶対値が

200 μVK

-1以上の領域では

L

10

-7

-10

-6

V

2

K

-2オーダーとなるものが多い.

Fig. 86 L

S

依存性

Figure 87

に単位胞あたりの原子数

n

atomに対する

S

の依存性を示す.両者に明らかな相関は

見られない.Sの絶対値が

1000 μVK

-1を超えるものはほとんどが

n

atom

< 15

の系であった.

Fig. 87

単位胞あたりの原子数

n

atomに対する

S

の依存性

-2000 -1000 0 1000 2000

1E-9 1E-8 1E-7 1E-6 1E-5

L / V 2 K -2

S /  VK -1

L

0

= 2.45×10

-8

T = 673 K GGA + SOC

S - L

n type p type

-2000 0 -1000 0 1000 2000 5

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

n at om

S / VK -1

p type n type

S - n atom T = 673 K

GGA + SOC

88

Figure 88

に単位胞の体積

V

p.c.に対する

S

の依存性を示す.両者に明らかな相関は見られなか

った.Sの絶対値が

1000 μVK

-1を超える系のほとんどが

V

p.c

< 3000 bohr

3であった.

Fig. 88

単位胞の体積

V

p.c.に対する

S

の依存性

Figure 89

原子一個当たりが占める体積

V

p.c.

n

atom-1の

S

の依存性を示す.両者に明らかな相関

は見られなかった.

Fig. 89

原子一個当たりが占める体積

V

p.c.

n

atom-1の

S

の依存性

-2000 0 -1000 0 1000 2000 2000

4000 6000 8000 10000 12000

V p.c. / Bohr 3

S /  VK -1

S - V p.c. T = 673 K

GGA + SOC p type n type

-2000 0 -1000 0 1000 2000 50

100 150 200 250

V p.c. n at om -1

S / VK -1

T = 673 K GGA + SOC

p type n type

S - V p.c. n atom -1

89

Figure 90

にスピン磁気モーメント

M

に対する

S

の依存性を示す.両者には明らかな相関がみ

られ,Mが大きい系は

S

が小さいものが多かった.Sはアップスピンバンドとダウンスピンバンドの 重み付き平均で効いてくるので,スピン分極の大きい系は

DOS

の分散が大きく

S

が小さくなると 考えられる.

Fig. 90

スピン磁気モーメント

M

に対する

S

の依存性

Figure 91

ZT

S

依存性について示す両者には明らかな相関がみられた.ZTは

S

の絶対

値の増大に伴い増大し,およそ

140 – 170 μVK

-1程度でピークを持つ.これは

ZT

が最大となる

S

140 – 170 μVK

-1程度であることを示しており,材料設計の一つの指針となりうると考えられる.

Fig. 91 ZT

S

依存性

-2000 -1000 0 1000 2000

0 2 4 6 8 10

M / 

B

S / VK

-1

p type T = 673 K GGA + SOC

S - M

n type

-200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 0

2 4 6 8 10

M / 

B

S / VK

-1

p type T = 673 K GGA + SOC

S - M

n type Zoom up

-2000 -1000 0 1000 2000

10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1

lat = 1 Wm-1K-1

el = 5×10-15 sec.

ZT

S / VK

-1

p type n type

S - ZT

T = 673 K GGA + SOC Zoom up

-300 -200 -100 0 100 200 300 10-9

10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1

lat = 1 Wm-1K-1

el = 5×10-15 sec.

ZT

S / VK

-1

p type n type

S - ZT

T = 673 K GGA + SOC Zoom up

90

Figure 92

に出力因子

PF

στ

el-1の依存性を示す.両者には明らかな相関がみられ,στel-1の増

大に伴い

PF

は増大する.

Fig. 92 PF

στ

el-1の依存性

10

10

10

11

10

12

10

13

10

14

10

15

10

16

10

17

10

18

10

19

10

20

10

21

10

22

10

-12

10

-11

10

-10

10

-9

10

-8

10

-7

10

-6

10

-5

10

-4

10

-3

10

-2

10

-1

PF / WK -2 m -1

 el -1 /  -1 m -1 s -1

T = 673 K GGA + SOC

 el -1 - PF

91

Figure 93

Z

el

T

στ

el-1の依存性を示す.両者には明らかな相関がみられた.στel-1の

10

11

-10

13

Ω

-1

m

-1

s

-1のオーダーでは

Z

el

T

10

を超えるような系がいくつか見られた.στel-1が増大するに したがって

Z

el

T

は減少し

στ

el-1 = 1013

-10

20

Ω

-1

m

-1

s

-1の領域では最高でも

Z

el

T = 1

程度となった.

多くの材料が

στ

el-1 = 1018

-10

21

Ω

-1

m

-1

s

-1のオーダーである.

Fig. 93 Z

el

T

στ

el-1の依存性

10

10

10

11

10

12

10

13

10

14

10

15

10

16

10

17

10

18

10

19

10

20

10

21

10

22

10

-8

10

-7

10

-6

10

-5

10

-4

10

-3

10

-2

10

-1

10

1

10

2

10

3

1

Z el T

 el -1 / -1 m -1 s -1

T = 673 K GGA + SOC

 el -1 - Z el T

92

Figure 94

B factor

στ

el-1の依存性を示す.両者にはヴィーデマン・フランツ則を介して相関

がもともとあるのである程度傾向が出るのは当たり前であるが,傾向から外れているものはヴィー デマン・フランツ則から外れた系である.ヴィーデマン・フランツ則から外れると,B factor が小さく なる傾向がある.

Fig. 94 B factor

στ

el-1の依存性

10

10

10

11

10

12

10

13

10

14

10

15

10

16

10

17

10

18

10

19

10

20

10

21

10

22

10

-9

10

-8

10

-7

10

-6

10

-5

10

-4

10

-3

10

-2

10

-1

10

0

10

1

B factor

 el -1 /  -1 m -1 s -1

T = 673 K GGA + SOC

 el -1 - B factor

93

Figure 95

n

atomの

στ

el-1の依存性を示す.両者には明らかに相関があり,

n

atomが大きいもの は

στ

el-1は小さく,natomの増大に伴い

στ

el-1も増大する.

Fig. 95 n

atomの

στ

el-1の依存性

Figure 96

V

p.c.の

στ

el-1の依存性を示す.両者には明らかに相関がみられる.Vp.c.が大きいも のは

στ

el-1が小さく,Vp.c.の減少に伴い

στ

el-1が増大する傾向を示した.

Fig. 96 V

p.c.の

στ

el-1の依存性

0 1x10 20 2x10 20 3x10 20 4x10 20 5x10 20 0

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

n at om

 el -1 /  -1 m -1 s -1

 el -1 - n atom

T = 673 K GGA + SOC

0 1x10 20 2x10 20 3x10 20 4x10 20 5x10 20 0

2000 4000 6000 8000 10000 12000

V p.c. / Bohr 3

 el -1 /  -1 m -1 s -1

T = 673 K GGA + SOC

 el -1 - V p.c.

94

Figure 97

に原子

1

個当たりが占める体積

V

p.c.

n

atom-1に対する

στ

el-1の依存性を示す.両者には 明らかに相関があり,Vp.c.

n

atom-1 = 150 bohr3

atom

-1 程度が

στ

el-1最もが大きくなる傾向を示した.

Fig. 97

原子

1

個当たりが占める体積

V

p.c.

n

atom-1に対する

στ

el-1の依存性

0 1x10 20 2x10 20 3x10 20 4x10 20 5x10 20 0

50 100 150 200 250

V p.c. n at om -1 / bohr 3 atom -1

 el -1 / -1 m -1 s -1

T = 673 K GGA + SOC

 el -1 - V p.c. n atom -1

95

Figure 98

PF

el

τ

el-1依存性を示す.両者には明らかな相関がみられた.

el

τ

el-1の増大に伴 い

PF

は増大し,およそ

el

τ

el-1

= 3×10

14,5×1015

WK

-1

m

-1付近にピークを持つ.

Fig. 98 PF

el

τ

el-1依存性

Figure 99

ZT

στ

el-1の依存性を示す.両者には明らかな相関がみられた.στel-1の増大に伴

ZT

は増大し,στel-1

~ 2×10

19

Ω

-1

m

-1

s

-1 でピークを持つ.

Fig. 99 ZT

στ

el-1の依存性

10 6 10 7 10 8 10 9 10 10 10 11 10 12 10 13 10 14 10 15 10 16 10 -12

10 -11 10 -10 10 -9 10 -8 10 -7 10 -6 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1

T = 673 K GGA + SOC

elel -1 - PF

PF / WK -2 m -1

elel -1 / WK -1 m -1 s -1

10 11 10 12 10 13 10 14 10 15 10 16 10 17 10 18 10 19 10 20 10 21 10 -9

10 -8 10 -7 10 -6 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 10 1

ZT

 el -1 / -1 m -1 s -1

T = 673 K GGA + SOC

 el -1 - ZT

96

Figure 100

Z

el

T

el

τ

el-1の依存性を示す.Zel

T

el

τ

el-1の低いところでは

100

を超える大き な値を示すが,



el

τ

el-1の増大に伴い減少し,

el

τ

el-1 ≧ 1010

WK

-1

m

-1では

Z

el

T

の最高値は

1

程度 となる.

el

τ

el-1 ≧ 3×1014

WK

-1

m

-1 では

Z

el

T

はさらに減少する.

Fig. 100 Z

el

T

el

τ

el-1の依存性

Figure 101

n

atomの

el

τ

el-1の依存性を示す.両者には明らかな相関がみられた.natomの大きな ところでは

el

τ

el-1は小さく,natomが大きくなるにつれて

el

τ

el-1が増大する傾向を示した.

Fig. 101 n

atomの

el

τ

el-1の依存性

10 6 10 7 10 8 10 9 10 10 10 11 10 12 10 13 10 14 10 15 10 16 10 -8

10 -7 10 -6 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 10 3

Z el T

elel -1 / WK -1 m -1 s -1

T = 673 K GGA + SOC

elel -1 - Z el T

2.0x10 15 4.0x10 15 6.0x10 15 8.0x10 15 0 0

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

n at om

elel -1 / WK -1 m -1 s -1

elel -1 - n atom

T = 673 K

GGA + SOC

97

Figure 102

V

p.c.の

el

τ

el-1の依存性を示す.両者には相関がみられた.

el

τ

el-1 = 109

WK

-1

m

-1

s

-1から

V

p.c.は増大し,およそ

el

τ

el-1 = 1012

WK

-1

m

-1

s

-1付近でピークを持つ傾向を示した.

Fig. 102 V

p.c.の

el

τ

el-1の依存性

Figure 103

V

p.c.

n

atom-1に対する

el

τ

el-1の依存性を示す.両者には明らかな相関がみられた.

V

p.c.

n

atom-1

= 150 bohr

3

atom

-1

el

τ

el-1は最も大きくなる傾向を示した.

Fig. 103 V

p.c.

n

atom-1に対する

el

τ

el-1の依存性

10 6 10 7 10 8 10 9 10 10 10 11 10 12 10 13 10 14 10 15 10 16 0

2000 4000 6000 8000 10000 12000

V p.c. / Bohr 3

elel -1 / WK -1 m -1 s -1

elel -1 - V p.c.

T = 673 K GGA + SOC

2.0x10 15 4.0x10 15 6.0x10 15 8.0x10 15 0 0

50 100 150 200 250

V p.c. n at om -1 / bohr 3 atom -1

elel -1 / WK -1 m -1 s -1

T = 673 K GGA + SOC

elel -1 - V p.c. n atom -1

98

Figure 104

にスピン磁気モーメント

M

に対する

el

τ

el-1の依存性を示す.両者には明らかな相関

は見られなかった.

Fig. 104

スピン磁気モーメント

M

に対する

el

τ

el-1の依存性

10 12 10 13 10 14 10 15 10 16 10 -10

10 -9 10 -8 10 -7 10 -6 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 1 10 2 1

M /  B

elel -1 / WK -1 m -1 s -1

T = 673 K GGA + SOC

elel -1 - M

99

Figure 105

ZT

el

τ

el-1の依存性を示す.両者には明らかな相関がみられた.

el

τ

el-1 = 106

-10

9

WK

-1

m

-1

s

-1の領域ではあまり傾向が見られないが,

el

τ

el-1 ≧ 109

WK

-1

m

-1

s

-1の領域では

el

τ

el -1の増大に伴い

ZT

は増大し,およそ

el

τ

el-1 = 3×1014

WK

-1

m

-1

s

-1でピークを持つ傾向を示した.

el

τ

el-1がそれ以上になると

ZT

el

τ

el-1の増大に伴い減少する傾向を示した.

Fig. 105 ZT

el

τ

el-1の依存性

10 6 10 7 10 8 10 9 10 10 10 11 10 12 10 13 10 14 10 15 10 16 10 -9

10 -8 10 -7 10 -6 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 1 1

ZT

elel -1 / WK -1 m -1 s -1

elel -1 - ZT

T = 673 K

GGA + SOC

100

Figure 106

にローレンツ数

L

PF

依存性を示す.両者には明らかな相関がみられた.PFの増

大に伴い

L

は減少し,PFが最も大きくなる領域では

L~L

0となる傾向を示した.これは高い

PF

を 得る指針として

L~L

0であることが条件であることを示しており,材料の設計指針となりうる.

Fig. 106

ローレンツ数

L

PF

依存性

10

-12

10

-11

10

-10

10

-9

10

-8

10

-7

10

-6

10

-5

10

-4

10

-3

10

-2

10 -9 10 -8 10 -7 10 -6 10 -5

el

= 5×10

-15

sec.

T = 673 K GGA + SOC

PF - L

L / V 2 K -2

PF / WK -2 m -1

L0 = 2.45×10-8 V2K-2

101

Figure 107

に B factorの

PF

依存性を示す.両者には明らかな相関がみられた.PFの増大に

伴い

B factor

1

に漸近する傾向を示した.これは

1

に近い

B factor

を得るためには

PF

が高い

必要があることを示しており,材料設計の指針として有用であると考えられる.

Fig. 107 B factor

PF

依存性

10

-12

10

-11

10

-10

10

-9

10

-8

10

-7

10

-6

10

-5

10

-4

10

-3

10

-2

10

-1

10 -9 10 -8 10 -7 10 -6 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 1 1

B factor

PF / WK -2 m -1

B factor - PF

el

= 5×10

-15

sec.

T = 673 K

GGA + SOC

102

Figure 108

n

atomに対する

PF

の依存性を示す.両者には相関がみられた.PFの低い領域で

は比較的

n

atomは様々な値を取るが,PFの増大に伴い

n

atomは減少する傾向を示した.

Fig. 108 n

atomに対する

PF

の依存性

Figure 109

V

p.c.の

PF

依存性を示す.両者には相関がみられた.PF = 10-9

WK

-1

m

-1 程度か ら

PF

の増大に伴い

V

p.c.は増大し,10-6

WK

-1

m

-1 程度でピークを持つ傾向を示した.

Fig. 109 V

p.c.の

PF

依存性

0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0 0

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

el

= 5×10

-15

sec.

PF / WK -2 m -1 n at om

n atom - PF

T = 673 K GGA + SOC

10 0 -11 10 -10 10 -9 10 -8 10 -7 10 -6 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 2000

4000 6000 8000 10000 12000

el

= 5×10

-15

sec.

V p.c. / Bohr 3

PF / WK -2 m -1

V p.c. - PF

T = 673 K

GGA + SOC

103

Figure 110

V

p.c.

n

atom-1に対する

PF

依存性を示す.両者にはあまり相関がみられなかった.

PF

の増大に伴いわずかに

V

p.c.

n

atom-1の平均が減少傾向にあるように見える.

Fig. 110 V

p.c.

n

atom-1に対する

PF

依存性

Figure 111

にスピン磁気モーメント

M

に対する

PF

の依存性を示す.両者に明らかな相関は見

られないが,Mが小さい方が

PF

は高くなる傾向が見られた.

Fig. 111

スピン磁気モーメント

M

に対する

PF

の依存性

10

-12

10

-11

10

-10

10

-9

10

-8

10

-7

10

-6

10

-5

10

-4

10

-3

10

-2

50 100 150 200 250

V p.c. n at om -1 / bohr 3 atom -1

el

= 5×10

-15

sec.

PF / WK -2 m -1

T = 673 K GGA + SOC

V p.c. n atom -1 - PF

10 -9 10 -8 10 -7 10 -6 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -11

10 -10 10 -9 10 -8 10 -7 10 -6 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 1 1

M /  B

el

= 5×10

-15

sec.

PF / WK -2 m -1

T = 673 K GGA + SOC

M - PF

104

Figure 112

B factor

に対する

Z

el

T

の依存性を示す.両者には明らかな相関がみられた.Zel

T

1

以下の場合は B factorの最大値はほぼ

1

であるが,Zel

T

1

より大きくなると

B factor

は著 しい現象を示した.これは,単純に

Z

el

T

が高いだけでは高い

ZT

は得られないことを示しおり,材 料設計の指針となると考えられる.

Fig. 112 B factor

に対する

Z

el

T

の依存性

10 -7 10 -6 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 1 10 1 10 2 10 3 10 -9

10 -8 10 -7 10 -6 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 1 1

B factor

Z el T

T = 673 K GGA + SOC

B factor - Z el T

105

Figure 113

L

に対する

Z

el

T

の依存性を示す.両者には明らかな相関がみられた.Zel

T

1

下の領域では

L

10

-8 ~ 10-6オーダーの幅広い領域の値を取るが,それ以上になると

L

の取り うる幅は減少し,Zel

T

が最も高くなる領域では

L~L

0に近い値を取る傾向を示した.

Fig. 113 L

に対する

Z

el

T

の依存性

Figure 114

n

atomに対する

Z

el

T

の依存性を示す.両者には相関のようなものが見られた.natom

の小さな領域では

Z

el

T

は様々な値を取るが,natomの増大に伴い

Z

el

T

の振れ幅は減少する.

Fig. 114 n

atomに対する

Z

el

T

の依存性

10 -8 10 -7 10 -6 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 1 10 1 10 2 10 3 10 -9

10 -8 10 -7 10 -6 10 -5

L / V 2 K -2

Z el T

L - Z el T

T = 673 K

GGA + SOC L

0

= 2.45×10

-8

V

2

K

-2

10

-8

10

-7

10

-6

10

-5

10

-4

10

-3

10

-2

10

-1

1 10

1

10

2

10

3

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

n at om

Z el T

n atom - Z el T

T = 673 K

GGA + SOC

ドキュメント内 JAIST Repository https://dspace.jaist.ac.jp/ (ページ 85-119)

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