알루미늄 기반 근사 바카라 양방으로 반도체 생성

QuasicRystalline (주 1)에 반도체가 있는지 여부 솔리드 스테이트 물리학의 기본 문제 중 하나입니다고성능 열전 전기 재료 (주 2)로 사용될 것으로 예상됩니다 그러나, 많은 바카라 양방이 존재하는 알루미늄 시스템에서는 전구체이다근사 바카라 양방 (주 3)그러나 반도체는 발견되지 않았습니다 이번에는 도쿄 대학교 뉴 지역 창작 과학 대학원에서 일할 것입니다AIST/University of Tokyo Advanced Operand 측정 기술 오픈 혁신 연구소알루미늄 기반 근사 바카라 양방밴드 엔지니어링 (주 4)를 사용하여 반도체를 만드는 데 성공했습니다 이것은 반도체 준결승의 실현에 대한 돌파구이며, 반도체 바카라 양방의 열전 성능은 결정의 것보다 25 배 더 높을 수있다

바카라 양방은 100 가지가 넘는 유형의 물질에서 발견되었으며, 결정 및 비정질과 함께 고체 구조의 개념으로 설립되었으며 (표 1) 2011 년에 화학 물질 상을 수상했습니다 반면에 고형 상태에서 가장 기본적인 분류는 전기적으로 전기적으로 전기적으로 분류됩니다 그러나, 원자 규모 준결승에서 금속 만 발견되었으며 (표 2), 반도체 또는 절연체가 존재하는지 여부는 고형 상태 물리학의 기본 질문 중 하나입니다

표 1 결정, 바카라 양방 및 비정질의 비교

표 2 고체 구조 및 전기 특성에 의한 분류 ()의 경우 준 기간 척도는 원자 스케일보다 1 ~ 2 배 더 큽니다 "?" 원자 규모의 반도체 및 절연체의 존재 또는 부재는 알려져 있지 않음을 나타냅니다

오일과 같은 1 차 에너지의 약 70%가 폐열로 폐기됩니다 이 폐열에서 전기 에너지를 추출 할 수있는 열전 발전은 매우 매력적입니다열전 성능 (주 5)|로서, 최근 몇 년 동안 전도 밴드의 하단과 원자가 밴드의 상단 끝은 파수 공간의 여러 지점에서 가장 높은 바카라 양방의 입방 크리스탈입니다멀티 포켓 반도체 (참고 6)관심을 끌고 있습니다 Ictahedral 바카라 양방은 입방 결정보다 25 배 높은 대칭을 가지며, 반도체를 실현할 수 있다면 열전 성능의 출력 계수도 25 배 더 높을 수 있습니다

이번에는 알루미늄 기반 대략적인 바카라 양방 중 하나이며, 이는 알루미늄 기반 오르토-암성 정적 바카라 양방의 전구체입니다₂₂ir₈(그림 1)은 과거부터첫 번째 원칙 계산 (주 7)|, 우리는 그것이 반 매도적 인 밴드 구조를 가지고 있음을 알았습니다 먼저, 전도 대역의 하단과 원자가 대역의 상단에서 전자 궤도의 기원을 조사했습니다 결과적으로,도 2에 도시 된 바와 같이, 전도 대역의 하단은 정상 Icosahedral 클러스터의 정점에 위치한 IR의 D 궤도로 구성되며, 원자가 밴드의 상단은 8 개의 Al 및 1 개의 Ir로 구성된 클러스터의 p와 같은 궤도로 구성된다 따라서 밴드 갭을 열기 위해 IR은 ru로 교체되었으며,이 궤도의 에너지가 IR보다 높고 Al의 일부는 Si로 SI로 대체되어 SP 궤도의 에너지가 Al보다 낮습니다₁₈si₅ru₈에 대해 수행되었습니다 결과적으로, 밴드 갭은 예상대로 넓어져 반도체 대역 구조를 초래했다

그림 1 Al22ir8대략적인 바카라 양방의 바카라 양방 구조 ir ir orthophthalate 클러스터는 입방 바카라 양방을 만듭니다

그림 2 al22ir8및 al18si5ru8전도 대역의 하단 및 원자가 대역의 상단에서 대략적인 바카라 양방 및 전자 궤도의 밴드 구조 Al의 RU 대체와 밴드 엔지니어링은 밴드 갭을 열는 데 성공했습니다

그것이 반도체가 될 것임을 실험적으로 확인하려면, al₁₈si₅ru₈(al_58.1si_16.1ru_25.8)의 조성 근처에서 샘플이 합성되었을 때, Al_67.6si_8.9ru_23.5이 샘플의 열전 성능 (Seebeck 계수, 전기 전도도, 열 전도도)이 측정되었을 때, Seebeck 계수 및 전기 전도도의 온도 의존성은이 샘플이 대략 015eV의 대역 갭을 갖는 반도체임을 나타냅니다 따라서, 우리는 많은 반도체가 첫 번째 원리 계산에서 예측되었다는 사실에도 불구하고 아직 실험적으로 실현되지 않은 알루미늄 기반의 대략적인 바카라 양방을 통해 세계에서 처음으로 실험 반도체를 만드는 데 성공했습니다

바카라 양방은 많은 알루미늄 기반 합금에서 대략적인 결정의 근처에서 생성되므로, Al-Si-RU 시스템에서 반도체 준결승이 발견 될 가능성이 있으며, 실현되면 처음에 언급 된 고체 물리학의 기본 문제 중 하나가 더 높은 열의 발달로 이어질 것으로 예상됩니다 (이 시점에서, 그것은 여전히 대략적인 결정이며, 캐리어 밀도에 최적화되지 않았으므로 높은 열전 성능이 달성되지 않았습니다)

이와사키 유타카 (도쿄 대학교 과학 대학원 새로운 지역 제작 과학 대학원 첫해 박사 과학 대학원)
Kitahara Koichi (도쿄 대학교, 새로운 지역 제작 과학 대학원, AIST 및 개방형 혁신 실험실, 도쿄 대학교의 고급 피연산자 측정 기술)
Kimura Kaoru (도쿄 대학교, 방문 연구원, AIST 및 개방형 혁신 연구소의 새로운 지역 제작 과학 대학원 자료 교수, 도쿄 대학교의 고급 피연산자 측정 기술)

잡지 이름 : "물리 검토 자료 (빠른 커뮤니케이션)"(온라인 버전 : 6 월 7 일)
논문의 제목 : 대역 엔지니어링에 의한 Al -SI -RU 시스템에서 반도체 준 정적 바카라 양방질 근사의 실험적 실현
저자 : Yutaka Iwasaki*, Koichi Kitahara 및 Kaoru Kimura
DOI 번호 : 101103/PhysRevMaterials3061601
(Abstract URL :) Open Access URL :https : //journalsapsapsorg/prmaterials/pdf/101103/physrevmaterials3061601[PDF : 720KB]

(주 1) QuasicRystalline

결정 및 비정질과 함께 고체 구조의 분류 200 ~ 35 년 전, 원자에는 두 가지 범주가있었습니다 : 규칙적이고주기적인 결정과 불규칙적으로 배열 된 비정질 그러나, 원자가 규칙적으로 배열되었지만 주기성이없는 구조가 발견되었으며, 바카라 양방질이었다 결정에서는 허용되지 않는 5 배 대칭과 같은 회전 대칭 및 오르토 이온 성 대칭을 가질 수 있습니다 표 1은 결정, 바카라 양방질 및 비정질의 비교를 보여준다 그 이후로, 그것은 주로 금속 간 화합물에서 많은 수에서 발견되었지만 최근에는 폴리머와 산화물에서도 발견되어 고체 구조의 보편적 개념입니다 35 년 전 첫 발견자인 이스라엘의 Shechtman 교수는 2011 년 노벨 화학상을 수상했습니다 그러나, 표 2에 도시 된 바와 같이, 원자 스케일 준결승에 금속 만 존재하며, 반도체 또는 절연체의 준결음은 전기 특성에서 발견되지 않았으며, 이는 고체 물리학에서 기본적으로 분류된다 이것들 존재 여부는 고형 상태 물리학의 기본 질문 중 하나입니다[참조로 돌아 가기]

(주 2) 열전 재료

재료의 두 끝 사이에 온도 차이가 있으면 전압을 생성하고 전력으로 추출 할 수 있지만 반면에 전압이 적용되고 전류가 통과 될 때 온도 차이가 발생합니다 후자의 특성을 활용하여 냉각 전자 장치 및 와인 지하실과 같은 정확한 온도 제어에 실질적으로 사용되었습니다 전자의 특성은 열전대 온도계이지만 최근에는 폐기물 전력 발전을 실질적으로 적용하기 위해 고성능 재료에 대한 검색이 전 세계적으로 적극적으로 연구되었습니다[참조로 돌아 가기]

(참고 3) 근사 바카라 양방

바카라 양방의 구조는 정형 외과와 같은 구조 단위의 준 기간 배열입니다 주기적으로 배열 된 동일한 클러스터를 갖는 결정은 대략적인 결정이다 주기가 길고 바카라 양방에 더 가까울수록 대략적인 결정을 대략 결정이라고합니다 정적 결정 및 대략적인 결정은 구조 단위가 동일하기 때문에 종종 근접 조성물을 생성합니다[참조로 돌아 가기]

(주 4) 밴드 엔지니어링

이 방법은 첫 번째 원리 계산 (주 7)을 사용하여 밴드 구조를 고체 상태로 계산 한 다음 결과를 사용하여 밴드 갭의 크기와 대역의 모양을 제어하여 고체의 목적을 위해 성능을 향상시킵니다[참조로 돌아 가기]

(주 5) 열전 성능

Seebeck 계수의 제곱을 곱하여 얻은 뷰는 열 전도도로 나누어 획득 한 뷰를 출력 계수라고하며, 절대 온도에 의해 곱함으로써 얻은 뷰는 장점의 치수가없는 그림이라고합니다 열전 발전 효율이 클수록 공로의 차원이없는 그림이 커집니다 열 전자 힘이 클수록 더 좋을수록 전기로 추출하기 위해서는 전기 전도도도 높아야합니다 또한, 열이 재료를 통해 흐르면 온도 차이가 제거되므로 열전도율이 낮아지는 것이 좋습니다[참조로 돌아 가기]

(참고 6) 멀티 포켓 반도체

일반적으로 캐리어 밀도가 높을수록 전기 전도도가 높을수록 전기 전도도가 높을수록 서핑 벡 계수가 작고 캐리어 밀도가 작을수록 서프 넥 계수가 작지만 전기 전도도는 낮으며 최적의 캐리어 밀도는 열 전자 성능에 대한 최대 출력 계수를 만듭니다 이것은 반도체 밴드에 하나의 캐리어 포켓이 있고, 다수의 캐리어 포켓이있을 때, Seebeck 계수를 줄이지 않고 캐리어 포켓의 수를 늘릴 수 있습니다 대칭이 높을수록 캐리어 포켓 수가 많고 입방 결정이 가장 대칭입니다 대조적으로, 바카라 양방질 대칭은 입방 결정보다 25 배 높은 대칭을 허용하고, 포켓의 수, 즉 출력 계수도 25 배 더 높을 수있다[참조로 돌아 가기]

(주 7) 첫 번째 원칙 계산

이것은 실험 값과 일치하는 파라미터를 사용하지 않고 고체 및 분자의 전자 상태를 바카라 양방하기위한 양자 역학 방정식을 해결하고 계산하는 방법입니다[참조로 돌아 가기]