Seebeck_scan.py ダウンロード/コピー
Seebeck_scan.py
Seebeck_scan.py
1"""
2概要:
3このスクリプトは、フェルミ準位、キャリア濃度、温度、有効質量を様々にスキャンしながら、熱電材料のゼーベック係数を計算しプロットします。
4
5詳細説明:
6散乱因子 r の異なる値に対して、以下のスキャンモードをサポートしています。
7- EF (フェルミ準位): フェルミ準位をスキャンし、ゼーベック係数を計算します。
8- Ne (キャリア濃度): キャリア濃度をスキャンし、ゼーベック係数を計算します。
9- T (温度): 温度をスキャンし、ゼーベック係数を計算します。このモードでは、フェルミ準位、キャリア濃度、または還元フェルミ準位のいずれかを固定できます。
10- m_eff (有効質量): 有効質量をスキャンし、ゼーベック係数を計算します。このモードでも、フェルミ準位、キャリア濃度、または還元フェルミ準位のいずれかを固定できます。
11
12計算はFermi–Dirac積分に基づき、キャリアタイプ（電子または正孔）を指定できます。
13結果はCSVファイルとして保存することも可能です。
14
15散乱因子 r はキャリアの緩和時間 tau(E) がエネルギー E の (r-1/2)乗に比例することで定義されます。
16
17関連リンク:
18Seebeck_scan_usage
19"""
20import argparse
21import csv
22from functools import lru_cache
23
24import matplotlib.pyplot as plt
25import numpy as np
26from scipy.integrate import quad
27from scipy.optimize import brentq
28from scipy.special import expit, gamma
29
30# =========================
31# constants (SI)
32# =========================
33kB_SI = 1.380649e-23 # J/K
34e_SI = 1.602176634e-19 # C
35h_SI = 6.62607015e-34 # J s
36m0_SI = 9.1093837015e-31 # kg
37kB_eV = 8.617333262145e-5 # eV/K
38
39
40# ============================================================
41# Fermi–Dirac integral (NO 1/Gamma(j+1) prefactor)
42# Fj(j,xi) = ∫_0^∞ x^j / (1+exp(x-xi)) dx
43# ============================================================
44@lru_cache(maxsize=20000)
45def Fj(j, xi):
46 """
47 概要:
48 フェルミ・ディラック積分を計算します（ガンマ関数による前因子なし）。
49 詳細説明:
50 Fj(j, xi) = ∫_0^∞ x^j / (1+exp(x-xi)) dx を数値的に評価します。
51 この関数は、引数 j と xi に対してフェルミ・ディラック積分を計算します。
52 標準的な定義に含まれる 1/Gamma(j+1) の前因子は含まれません。
53 計算結果は lru_cache デコレータによってキャッシュされ、同じ引数での再計算を防ぎ、
54 パフォーマンスを向上させます。
55 j が -1.0 以下の場合、ValueError を発生させます。
56 引数:
57 :param j: フェルミ・ディラック積分の次数。j は -1 より大きい必要があります。
58 :type j: float
59 :param xi: 還元フェルミ準位 (xi = E_F / (k_B T))。
60 :type xi: float
61 戻り値:
62 :returns: 計算されたフェルミ・ディラック積分の値。
63 :rtype: float
64 例外:
65 :raises ValueError: j が -1.0 以下の場合。
66 """
67 j = float(j)
68 xi = float(np.round(xi, 12))
69 if j <= -1.0:
70 raise ValueError(f"Fj(j, xi) requires j > -1, got j={j}")
71
72 integrand = lambda x: (x**j) * expit(xi - x)
73 val, _ = quad(integrand, 0.0, np.inf, epsabs=1e-10, epsrel=1e-10, limit=400)
74 return val
75
76
77def Nc_3D(T, m_eff=1.0):
78 """
79 概要:
80 3次元における有効状態密度 Nc を計算します。
81 詳細説明:
82 温度 T と有効質量 m_eff に基づいて、3次元バンドの有効状態密度 Nc を計算します。
83 Nc は以下の式で計算されます。
84 Nc = 2 * (2 * pi * m_eff * m0_SI * kB_SI * T / (h_SI**2)) ** 1.5
85 引数:
86 :param T: 温度 [K]。
87 :type T: float
88 :param m_eff: 有効質量比 m*/m0。m0 は自由電子質量です。
89 :type m_eff: float
90 戻り値:
91 :returns: 計算された有効状態密度 Nc [m^-3]。
92 :rtype: float
93 """
94 mstar = m_eff * m0_SI
95 return 2.0 * (2.0 * np.pi * mstar * kB_SI * T / (h_SI**2)) ** 1.5
96
97
98def electron_density_from_xi(xi, T, m_eff=1.0):
99 """
100 概要:
101 還元フェルミ準位 xi から電子濃度を計算します。
102 詳細説明:
103 還元フェルミ準位 xi、温度 T、有効質量 m_eff を用いて電子濃度 n を計算します。
104 電子濃度 n は以下の式で与えられます:
105 n = Nc * Fj(0.5, xi) / Gamma(1.5)
106 ここで、Nc は有効状態密度、Fj(0.5, xi) はガンマ関数による前因子を含まないフェルミ・ディラック積分です。
107 引数:
108 :param xi: 還元フェルミ準位。
109 :type xi: float
110 :param T: 温度 [K]。
111 :type T: float
112 :param m_eff: 有効質量比 m*/m0。
113 :type m_eff: float
114 戻り値:
115 :returns: 計算された電子濃度 n [m^-3]。
116 :rtype: float
117 """
118 Nc = Nc_3D(T, m_eff=m_eff)
119 F12_std = Fj(0.5, xi) / gamma(1.5)
120 return Nc * F12_std
121
122
123def xi_from_electron_density(n_m3, T, m_eff=1.0, xi_low=-40.0, xi_high=120.0):
124 """
125 概要:
126 与えられた電子濃度から還元フェルミ準位 xi を計算します。
127 詳細説明:
128 この関数は、electron_density_from_xi 関数を解いて xi を見つけるために、
129 Brentのアルゴリズム (scipy.optimize.brentq) を使用します。
130 初期の探索範囲 [xi_low, xi_high] で解が見つからない場合、
131 自動的に探索範囲を拡張しようと試みます。
132 電子濃度が0以下の場合、ValueError を発生させます。
133 引数:
134 :param n_m3: 電子濃度 [m^-3]。正の値である必要があります。
135 :type n_m3: float
136 :param T: 温度 [K]。
137 :type T: float
138 :param m_eff: 有効質量比 m*/m0。
139 :type m_eff: float
140 :param xi_low: brentqの初期探索範囲の下限。
141 :type xi_low: float
142 :param xi_high: brentqの初期探索範囲の上限。
143 :type xi_high: float
144 戻り値:
145 :returns: 計算された還元フェルミ準位 xi。
146 :rtype: float
147 例外:
148 :raises ValueError: 電子濃度が正でない場合。
149 :raises RuntimeError: 指定された電子濃度に対するxiの探索範囲を見つけられなかった場合。
150 """
151 if n_m3 <= 0.0:
152 raise ValueError(f"Electron density must be positive, got {n_m3}")
153
154 def f(xi):
155 return electron_density_from_xi(xi, T, m_eff) - n_m3
156
157 fl = f(xi_low)
158 fh = f(xi_high)
159
160 # 探索範囲を動的に拡張
161 n_expand = 0
162 while fl > 0.0 and n_expand < 20:
163 xi_low -= 20.0
164 fl = f(xi_low)
165 n_expand += 1
166
167 n_expand = 0
168 while fh < 0.0 and n_expand < 20:
169 xi_high += 20.0
170 fh = f(xi_high)
171 n_expand += 1
172
173 if fl * fh > 0.0:
174 raise RuntimeError(
175 "Failed to bracket xi for the requested electron density. "
176 f"n={n_m3:.6e} m^-3, T={T}, m_eff={m_eff}, "
177 f"f({xi_low})={fl:.6e}, f({xi_high})={fh:.6e}"
178 )
179
180 return brentq(f, xi_low, xi_high, xtol=1e-12, rtol=1e-12, maxiter=200)
181
182
183def seebeck_from_xi(xi, r, carrier="electron"):
184 """
185 概要:
186 還元フェルミ準位 xi からゼーベック係数を計算します。
187 詳細説明:
188 還元フェルミ準位 xi、散乱因子 r、キャリアタイプに基づいてゼーベック係数 S を計算します。
189 ゼーベック係数は以下の式で計算されます。
190 S = (k_B / q) * [((r + 2) / (r + 1)) * (Fj(r+1, xi) / Fj(r, xi)) - xi]
191 ここで q はキャリアの電荷（電子の場合は -e_SI、正孔の場合は +e_SI）です。
192 散乱因子 r は -1.0 より大きい必要があります。
193 引数:
194 :param xi: 還元フェルミ準位。
195 :type xi: float
196 :param r: 散乱因子。r は -1 より大きい必要があります。
197 :type r: float
198 :param carrier: キャリアのタイプ ("electron" または "hole")。
199 :type carrier: str
200 戻り値:
201 :returns: 計算されたゼーベック係数 S [V/K]。
202 :rtype: float
203 例外:
204 :raises ValueError: キャリアタイプが 'electron' または 'hole' ではない場合、または r が -1.0 以下の場合。
205 """
206 if carrier.lower().startswith("e"):
207 q = -e_SI
208 elif carrier.lower().startswith("h"):
209 q = +e_SI
210 else:
211 raise ValueError("carrier must be 'electron' or 'hole'")
212
213 if r <= -1.0:
214 raise ValueError(f"r must be > -1, got r={r}")
215
216 Fr = Fj(r, xi)
217 Fr1 = Fj(r + 1.0, xi)
218 bracket = ((r + 2.0) / (r + 1.0)) * (Fr1 / Fr) - xi
219 return (kB_SI / q) * bracket
220
221
222def parse_r_list(text):
223 """
224 概要:
225 カンマ区切りの文字列から散乱因子 r のリストをパースします。
226 詳細説明:
227 入力文字列を解析し、浮動小数点数の散乱因子 r のリストを返します。
228 各散乱因子は -1 より大きい必要があります。
229 引数:
230 :param text: カンマで区切られた散乱因子の文字列（例: "2,1.5,1"）。
231 :type text: str
232 戻り値:
233 :returns: パースされた散乱因子 r のリスト。
234 :rtype: list[float]
235 例外:
236 :raises ValueError: r のリストが空の場合、またはリスト内のいずれかの r が -1.0 以下の場合。
237 """
238 vals = [float(x.strip()) for x in text.split(",") if x.strip()]
239 if not vals:
240 raise ValueError("r-list is empty")
241 for r in vals:
242 if r <= -1.0:
243 raise ValueError(f"Each r must be > -1, got {r}")
244 return vals
245
246
247def default_scan_settings(mode):
248 """
249 概要:
250 指定されたスキャンモードのデフォルト設定を返します。
251 詳細説明:
252 スキャンモードに基づいて、スキャン範囲の最小値、最大値、点数、および対数スケールフラグのデフォルト値を決定します。
253 引数:
254 :param mode: スキャンモード ("EF", "Ne", "T", "m_eff")。
255 :type mode: str
256 戻り値:
257 :returns: (scan_min, scan_max, npts, logscan) のタプル。
258 :rtype: tuple
259 例外:
260 :raises ValueError: 未知のスキャンモードが指定された場合。
261 """
262 if mode == "EF":
263 return -0.2, 0.5, 121, False
264 if mode == "Ne":
265 return 1e15, 1e21, 121, True
266 if mode == "T":
267 return 100.0, 800.0, 121, False
268 if mode == "m_eff":
269 return 0.1, 3.0, 121, False
270 raise ValueError(f"Unknown mode: {mode}")
271
272
273def make_scan_values(mode, scan_min, scan_max, npts, logscan):
274 """
275 概要:
276 スキャンする値の配列を生成します。
277 詳細説明:
278 指定された範囲 (scan_min, scan_max) と点数 npts に基づいて、
279 線形または対数スケールのスキャン値配列を生成します。
280 対数スケールの場合、scan_min と scan_max は正の値である必要があります。
281 引数:
282 :param mode: スキャンモード。この引数は主にエラーメッセージの表示に使用されます。
283 :type mode: str
284 :param scan_min: スキャン範囲の最小値。
285 :type scan_min: float
286 :param scan_max: スキャン範囲の最大値。
287 :type scan_max: float
288 :param npts: スキャン点の数。
289 :type npts: int
290 :param logscan: スキャン値を対数スケールで生成するかどうか。
291 :type logscan: bool
292 戻り値:
293 :returns: 生成されたスキャン値の配列。
294 :rtype: numpy.ndarray
295 例外:
296 :raises ValueError: 対数スキャンで scan_min または scan_max が0以下の場合。
297 """
298 if logscan:
299 if scan_min <= 0.0 or scan_max <= 0.0:
300 raise ValueError("log scan requires scan_min > 0 and scan_max > 0")
301 return np.logspace(np.log10(scan_min), np.log10(scan_max), npts)
302 return np.linspace(scan_min, scan_max, npts)
303
304
305def resolve_xi(mode, scan_value, T0, m_eff0, EF0_eV, Ne0_cm3, xi0, fixed):
306 """
307 概要:
308 現在のスキャン値とモードに基づいて、還元フェルミ準位 (xi)、フェルミ準位 (EF_eV)、
309 電子濃度 (Ne_cm3)、温度 (T_K)、および有効質量 (m_eff) を解決します。
310 詳細説明:
311 この関数は、mode 引数に応じて、scan_value を基に物理量を計算します。
312 - mode が "EF" の場合、scan_value は EF_eV として扱われ、Tとm_effは T0 と m_eff0 を使用します。
313 - mode が "Ne" の場合、scan_value は Ne_cm3 として扱われ、Tとm_effは T0 と m_eff0 を使用します。
314 - mode が "T" の場合、scan_value は T_K として扱われ、m_effは m_eff0 を使用し、
315 fixed 引数（"EF", "Ne", "xi"）に基づいて EF_eV または Ne_cm3 を固定して xi を計算します。
316 - mode が "m_eff" の場合、scan_value は m_eff として扱われ、Tは T0 を使用し、
317 fixed 引数（"EF", "Ne", "xi"）に基づいて EF_eV または Ne_cm3 を固定して xi を計算します。
318 引数:
319 :param mode: 現在のスキャンモード ("EF", "Ne", "T", "m_eff")。
320 :type mode: str
321 :param scan_value: 現在のスキャン対象の値。
322 :type scan_value: float
323 :param T0: 基準温度 [K]。
324 :type T0: float
325 :param m_eff0: 基準有効質量比 m*/m0。
326 :type m_eff0: float
327 :param EF0_eV: 基準フェルミ準位 [eV]。mode が "T" または "m_eff" で fixed が "EF" の場合に固定値として使用。
328 :type EF0_eV: float
329 :param Ne0_cm3: 基準電子濃度 [cm^-3]。mode が "T" または "m_eff" で fixed が "Ne" の場合に固定値として使用。
330 :type Ne0_cm3: float
331 :param xi0: 基準還元フェルミ準位。mode が "T" または "m_eff" で fixed が "xi" の場合に固定値として使用。
332 :type xi0: float
333 :param fixed: mode が "T" または "m_eff" の場合に固定する変数 ("EF", "Ne", "xi")。
334 :type fixed: str
335 戻り値:
336 :returns: (xi, EF_eV, Ne_cm3, T_K, m_eff) のタプル。
337 :rtype: tuple[float, float, float, float, float]
338 例外:
339 :raises ValueError: 未知のスキャンモードまたは固定条件が指定された場合。
340 """
341 if mode == "EF":
342 T = T0
343 m_eff = m_eff0
344 EF_eV = scan_value
345 xi = EF_eV / (kB_eV * T)
346 elif mode == "Ne":
347 T = T0
348 m_eff = m_eff0
349 Ne_cm3 = scan_value
350 xi = xi_from_electron_density(Ne_cm3 * 1e6, T=T, m_eff=m_eff)
351 EF_eV = xi * kB_eV * T
352 elif mode == "T":
353 T = scan_value
354 m_eff = m_eff0
355 if fixed == "EF":
356 EF_eV = EF0_eV
357 xi = EF_eV / (kB_eV * T)
358 elif fixed == "Ne":
359 xi = xi_from_electron_density(Ne0_cm3 * 1e6, T=T, m_eff=m_eff)
360 EF_eV = xi * kB_eV * T
361 elif fixed == "xi":
362 xi = xi0
363 EF_eV = xi * kB_eV * T
364 else:
365 raise ValueError(f"Unknown fixed condition: {fixed}")
366 elif mode == "m_eff":
367 T = T0
368 m_eff = scan_value
369 if fixed == "EF":
370 EF_eV = EF0_eV
371 xi = EF_eV / (kB_eV * T)
372 elif fixed == "Ne":
373 xi = xi_from_electron_density(Ne0_cm3 * 1e6, T=T, m_eff=m_eff)
374 EF_eV = xi * kB_eV * T
375 elif fixed == "xi":
376 xi = xi0
377 EF_eV = xi * kB_eV * T
378 else:
379 raise ValueError(f"Unknown fixed condition: {fixed}")
380 else:
381 raise ValueError(f"Unknown mode: {mode}")
382
383 Ne_cm3 = electron_density_from_xi(xi, T=T, m_eff=m_eff) / 1e6
384 return xi, EF_eV, Ne_cm3, T, m_eff
385
386
387def x_label(mode):
388 """
389 概要:
390 指定されたスキャンモードに対応するX軸ラベル文字列を返します。
391 詳細説明:
392 プロットのX軸に表示する適切なラベルを返します。
393 返されるラベルはLaTeX形式の数式を含む場合があります。
394 引数:
395 :param mode: スキャンモード ("EF", "Ne", "T", "m_eff")。
396 :type mode: str
397 戻り値:
398 :returns: X軸のラベル文字列。
399 :rtype: str
400 """
401 return {
402 "EF": r"$E_F-E_c$ (eV)",
403 "Ne": r"$N_e$ (cm$^{-3}$)",
404 "T": r"$T$ (K)",
405 "m_eff": r"$m^*/m_0$",
406 }[mode]
407
408
409def make_title(mode, carrier, fixed, T0, m_eff0, EF0_eV, Ne0_cm3, xi0):
410 """
411 概要:
412 プロットのタイトル文字列を生成します。
413 詳細説明:
414 スキャンモード、キャリアタイプ、固定条件などのパラメータに基づいて、グラフのタイトルを作成します。
415 タイトルには、スキャンモード、キャリアタイプ、および固定されている物理量とその値が含まれます。
416 引数:
417 :param mode: スキャンモード ("EF", "Ne", "T", "m_eff")。
418 :type mode: str
419 :param carrier: キャリアタイプ ("electron" または "hole")。
420 :type carrier: str
421 :param fixed: 固定された変数 ("EF", "Ne", "xi")。mode が "T" または "m_eff" の場合にのみ関連します。
422 :type fixed: str
423 :param T0: 基準温度 [K]。
424 :type T0: float
425 :param m_eff0: 基準有効質量比 m*/m0。
426 :type m_eff0: float
427 :param EF0_eV: 基準フェルミ準位 [eV]。
428 :type EF0_eV: float
429 :param Ne0_cm3: 基準電子濃度 [cm^-3]。
430 :type Ne0_cm3: float
431 :param xi0: 基準還元フェルミ準位。
432 :type xi0: float
433 戻り値:
434 :returns: 生成されたタイトル文字列。
435 :rtype: str
436 """
437 base = f"Seebeck coefficient scan ({mode}, {carrier})"
438 if mode in ["EF", "Ne"]:
439 return base + f"\nT={T0:g} K, m*/m0={m_eff0:g}"
440 if fixed == "EF":
441 fixed_text = f"fixed EF={EF0_eV:g} eV"
442 elif fixed == "Ne":
443 fixed_text = f"fixed Ne={Ne0_cm3:.3e} cm^-3"
444 else: # fixed == "xi"
445 fixed_text = f"fixed xi={xi0:g}"
446 return base + f"\n{fixed_text}, T={T0:g} K, m*/m0={m_eff0:g}"
447
448
449def save_csv(outfile, rows):
450 """
451 概要:
452 計算結果をCSVファイルに保存します。
453 詳細説明:
454 計算されたゼーベック係数と関連する物理量を、指定されたファイル名でCSV形式で保存します。
455 outfile が空文字列の場合、ファイル保存はスキップされます。
456 CSVヘッダーは固定されており、以下のフィールドが含まれます:
457 "mode", "scan_value", "r", "S_V_per_K", "S_uV_per_K",
458 "xi", "EF_eV", "Ne_cm3", "T_K", "m_eff_m0"
459 引数:
460 :param outfile: 出力CSVファイルのパス。空文字列の場合、ファイルは保存されません。
461 :type outfile: str
462 :param rows: 各行が辞書形式で表現されたデータのリスト。
463 :type rows: list[dict]
464 戻り値:
465 :returns: None
466 :rtype: None
467 """
468 if not outfile:
469 return
470 fieldnames = [
471 "mode", "scan_value", "r", "S_V_per_K", "S_uV_per_K",
472 "xi", "EF_eV", "Ne_cm3", "T_K", "m_eff_m0"
473 ]
474 with open(outfile, "w", newline="", encoding="utf-8-sig") as f:
475 writer = csv.DictWriter(f, fieldnames=fieldnames)
476 writer.writeheader()
477 writer.writerows(rows)
478
479
480def main():
481 """
482 概要:
483 ゼーベック係数スキャンプログラムのメインエントリポイント。
484 詳細説明:
485 コマンドライン引数をパースし、指定されたモードとパラメータに基づいてゼーベック係数を計算し、結果をプロットまたはCSVファイルに保存します。
486 argparse を使用して、スキャンモード、固定条件、キャリアタイプ、基準温度、有効質量、フェルミ準位、電子濃度、還元フェルミ準位、散乱因子のリスト、スキャン範囲、点数、対数スキャンオプション、X軸スケール、CSV出力ファイル名、プロット表示の有無などの引数を定義します。
487 デフォルトのスキャン設定を適用し、スキャン値の配列を生成します。
488 指定された散乱因子のリスト r_list の各値に対して、スキャン値 (xvals) ごとにゼーベック係数を計算します。
489 各計算結果は rows リストに追加され、後でCSVとして保存するために使用されます。
490 計算結果は matplotlib を使用してプロットされ、適切なラベル、タイトル、凡例が設定されます。
491 --csv オプションが指定された場合、save_csv 関数を呼び出して結果を保存します。
492 --no-show オプションが指定されない限り、プロットを表示します。
493 引数:
494 None
495 戻り値:
496 None
497 """
498 parser = argparse.ArgumentParser(
499 description="Unified Seebeck scan script for EF / Ne / T / m_eff"
500 )
501 parser.add_argument("--mode", choices=["EF", "Ne", "T", "m_eff"], default="EF",
502 help="scan target")
503 parser.add_argument("--fixed", choices=["EF", "Ne", "xi"], default="EF",
504 help="for mode=T or m_eff, what to keep fixed")
505 parser.add_argument("--carrier", choices=["electron", "hole"], default="electron")
506 parser.add_argument("--T", type=float, default=300.0,
507 help="reference temperature [K]")
508 parser.add_argument("--m_eff", type=float, default=1.0,
509 help="reference effective mass m*/m0")
510 parser.add_argument("--EF", type=float, default=0.10,
511 help="reference EF-Ec [eV] (or corresponding band-edge reference)")
512 parser.add_argument("--Ne", type=float, default=1e18,
513 help="reference electron density [cm^-3]")
514 parser.add_argument("--xi", type=float, default=0.0,
515 help="reference reduced Fermi energy xi")
516 parser.add_argument("--r-list", default="2,1.5,1,0.5,0,-0.5",
517 help="comma-separated r list")
518 parser.add_argument("--scan-min", type=float, default=None)
519 parser.add_argument("--scan-max", type=float, default=None)
520 parser.add_argument("--n", type=int, default=None,
521 help="number of scan points")
522 parser.add_argument("--logscan", action="store_true",
523 help="use log spacing for scan values")
524 parser.add_argument("--xscale", choices=["auto", "linear", "log"], default="auto")
525 parser.add_argument("--csv", default="",
526 help="optional CSV output filename")
527 parser.add_argument("--no-show", action="store_true",
528 help="do not display plot")
529 args = parser.parse_args()
530
531 r_list = parse_r_list(args.r_list)
532
533 dmin, dmax, dn, dlog = default_scan_settings(args.mode)
534 scan_min = dmin if args.scan_min is None else args.scan_min
535 scan_max = dmax if args.scan_max is None else args.scan_max
536 npts = dn if args.n is None else args.n
537 logscan = args.logscan or dlog
538
539 if npts < 2:
540 raise ValueError("n must be >= 2")
541 if scan_max <= scan_min:
542 raise ValueError("scan-max must be larger than scan-min")
543 if args.T <= 0.0:
544 raise ValueError("T must be positive")
545 if args.m_eff <= 0.0:
546 raise ValueError("m_eff must be positive")
547 if args.Ne <= 0.0:
548 raise ValueError("Ne must be positive")
549
550 xvals = make_scan_values(args.mode, scan_min, scan_max, npts, logscan)
551
552 rows = []
553 plt.figure(figsize=(8, 6))
554
555 for r in r_list:
556 yvals_uV = []
557 for x in xvals:
558 xi, EF_eV, Ne_cm3, T_K, m_eff = resolve_xi(
559 mode=args.mode,
560 scan_value=float(x),
561 T0=args.T,
562 m_eff0=args.m_eff,
563 EF0_eV=args.EF,
564 Ne0_cm3=args.Ne,
565 xi0=args.xi,
566 fixed=args.fixed,
567 )
568 S = seebeck_from_xi(xi, r=r, carrier=args.carrier)
569 yvals_uV.append(S * 1e6)
570 rows.append({
571 "mode": args.mode,
572 "scan_value": float(x),
573 "r": float(r),
574 "S_V_per_K": float(S),
575 "S_uV_per_K": float(S * 1e6),
576 "xi": float(xi),
577 "EF_eV": float(EF_eV),
578 "Ne_cm3": float(Ne_cm3),
579 "T_K": float(T_K),
580 "m_eff_m0": float(m_eff),
581 })
582
583 plt.plot(xvals, yvals_uV, label=f"r = {r:g}")
584
585 save_csv(args.csv, rows)
586
587 plt.axhline(0.0, linewidth=1.0, alpha=0.4)
588 plt.xlabel(x_label(args.mode))
589 plt.ylabel(r"$S$ ($\mu$V/K)")
590 plt.title(make_title(args.mode, args.carrier, args.fixed, args.T, args.m_eff, args.EF, args.Ne, args.xi))
591
592 xscale = args.xscale
593 if xscale == "auto":
594 xscale = "log" if (args.mode == "Ne" or logscan) else "linear"
595 plt.xscale(xscale)
596
597 plt.grid(True, which="both", alpha=0.25)
598 plt.legend()
599 plt.tight_layout()
600
601 if not args.no_show:
602 plt.show()
603
604
605if __name__ == "__main__":
606 main()