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Atomistic study of strain effects on phonon thermal transport in nanowires

Research Project

Project/Area Number 16K18082
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Electronic materials/Electric materials
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Principal Investigator

Hattori Junichi  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究員 (80636738)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2018: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2017: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2016: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Keywordsフォノン / 熱輸送 / 熱伝導 / ひずみ / 応力 / ナノワイヤ / 量子細線 / 電子・電気材料 / ナノ材料
Outline of Final Research Achievements

We studied the strain effects on phonons, which are quanta of atoms' collective motion, and their thermal transport in silicon nanowires using an atomistic approach. First, we investigated such effects for nanowires with an infinite length and found that a compressive strain improves the thermal transport capability of the nanowires while a tensile strain reduces it. Next, finite-length nanowires were investigated as a more realistic case. The phonon thermal transport in such nanowires shows different dependence on the strain than that in infinite-length nanowires, which strain dependence strongly depends on the structure of the heat baths connected to the nanowires. To reach a universal conclusion, we need further investigation.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、ナノワイヤにおけるフォノン熱輸送とひずみの関係を完全に明らかにしようとする初めての試みであった。結果、ナノワイヤの熱輸送能力はひずみによって変化する可能性があると分かった。その傾向はナノワイヤの長さが無限の場合には明快であり、ひずみによる熱制御への道も開かれるかに思えたが、実際に即した長さが有限の場合には、ナノワイヤの接続先の構造によるところが大きく判然としなかった。しかし、この事実は、熱輸送の評価に適切な接続先の構造は何か、という重要な課題を浮かび上がらせた。

Report

(4 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2019 2018 2017 2016

All Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Corrugated Si nanowires with reduced thermal conductivity for wide-temperature-range thermoelectricity2016

    • Author(s)
      Vladimir Poborchii, Yukinori Morita, Junichi Hattori, Tetsuya Tada, and Pavel I. Geshev
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 120 Issue: 15 Pages: 154304-154304

    • DOI

      10.1063/1.4965302

    • Related Report
      2016 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 有限長シリコン量子細線における弾道的フォノン熱輸送に与えるひずみの影響2019

    • Author(s)
      服部 淳一
    • Organizer
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] シリコン量子細線における弾道的フォノン熱輸送に与える断面ひずみの影響2018

    • Author(s)
      服部 淳一
    • Organizer
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Acoustic Phonon Thermal Transport in Corrugated Silicon Nanowires2018

    • Author(s)
      服部 淳一,Vladimir Poborchii,多田 哲也
    • Organizer
      15th Int. Conf. on Flow Dynamics
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Geデバイスに向けた熱輸送特性の評価2018

    • Author(s)
      中島佑太、内田紀行、町田龍人、藤代博記、服部淳一、福田浩一、前田辰郎
    • Organizer
      第23回電子デバイス界面テクノロジー研究会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] ALD-Al2O3膜の熱輸送特性2018

    • Author(s)
      中島佑太、内田紀行、大石佑治、町田龍人、藤代博記、服部淳一、福田浩一、前田辰郎
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] NiGe/Geコンタクト構造の熱輸送特性2017

    • Author(s)
      中島佑太、内田紀行、町田龍人、藤代博記、服部淳一、福田浩一、前田辰郎
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] シリコン量子細線における音響フォノンによる弾道的熱輸送に与える波付け加工の影響2016

    • Author(s)
      服部 淳一、ウラジーミル ポボルチー、多田 哲也
    • Organizer
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟県新潟市)
    • Related Report
      2016 Research-status Report

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Published: 2016-04-21   Modified: 2020-03-30  

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