2016 Fiscal Year Annual Research Report
発熱・放熱制御と排熱有効利用を実現する超低消費電力デバイスの計算科学的デザイン
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15H03523
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
山本 貴博 東京理科大学, 工学部教養, 准教授 (30408695)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
相馬 聡文 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (20432560)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ナノスケール熱制御 / ナノ材料 / 物性理論 / 計算物質科学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
項目１（ナノ構造レベルで発熱・放熱制御されたナノデバイスの創成）では、グラフェンの引張に対する熱物性の変調について、第一原理計算により調べた。グラフェンを引張ることにより、フォノン分散関係が大きく変化することを見出し、その結果、比熱の低温での温度依存性が線形から放物型に変化することがわかった。また、グラフェンの歪み誘起擬似磁場効果を利用した電界効果型トランジスタの特性をより詳細に明らかにするため、非平衡グリーン関数法に加え、時間依存波束伝播法を用いたシミュレーションをも用いる事により、歪みグラフェンにおける電子伝播の視覚的理解を推し進めた。歪みの不均一性が電子伝播に与える影響についても系統的に明らかにした。
項目２（新規な熱電変換機構の探索と低温熱電発電を実現するナノ材料の創成）では、多層黒リンの機械的な引張変形に対する熱電特性の変化について、第一原理計算により調べた。その結果，引張に応じて熱電パワーファクターが増大することがわかった。また、久保理論に基づく線形応答理論を用いて、不純物ドープされたカーボンナノチューブの熱電物性を評価し、最適なキャリアドープ量を見積もることに成功した。熱電特性の最適化には、適切な量のキャリアドープが必要である。本研究では、フレキシブル熱電材料と有機強誘電材料のハイブリッド構造を創ることで、分極効果により熱電材料へキャリアを注入できることを計算機シミュレーションにより定量評価し、実験グループと連携することで、実験的に検証も行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
項目1と項目２ともに計画通り進んでいる。項目１では、グラフェンの歪み誘起擬似磁場効果を利用した電界効果型トランジスタの可能性を明らかにする上で、非平衡グリーン関数法を用いたシミュレーションによりデバイス特性を明らかにするとともに、歪みグラフェン自体の固有の移動度についても、モンテカルロ法を用いる事により解明しつつある。項目2では、ナノ材料に固有の熱電変換機構として，原子層材料の単層・多層黒リンにおいて機械的な構造変形に伴い熱電特性が向上することを明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
項目１では、グラフェンにおける擬似磁場効果の可能性を更に推し進めるため、本研究で開発している時間依存波束伝播法や時間依存開放系シュレーディンガー方程式を用いる事により、グラフェンに光を照射する事による新規電気伝導制御機構やそれを用いた新規デバイスの探索を行い、超低消費電力を実現するナノデバイスの設計指針を構築する。
項目２では、これまで主としてグラフェンナノリボンや原子層材料の熱電特性を調べてきたが、今年度はPEDOT/PSSやカーボンナノチューブなどの熱電特性を最適化するとともに、フレキシブル熱電材料の設計指針の構築を行う。
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[Journal Article] Modulation of electrical potential and conductivity in an atomic-layer semiconductor heterojunction2016
Author(s)
Yu Kobayashi, Shoji Yoshida, Ryuji Sakurada, Kengo Takashima, Takahiro Yamamoto, Tetsuki Saito, Satoru Konabe, Takashi Taniguchi, Kenji Watanabe, Yutaka maniwa, Osamu Takeuchi, Hidemi Shigekawa
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 6
Pages: 31223
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] WS2/MoS2ヘテロ構造における一次元閉じ込めポテンシャルの形成2017
Author(s)
小林佑, 吉田昭二, 櫻田龍司, 髙島健悟, 山本貴博, 斉藤哲輝, 小鍋哲, 谷口尚, 渡邊賢司, 真庭豊, 武内修, 重川秀実, 宮田耕充
Organizer
日本物理学会 第72回年次大会
Place of Presentation
大阪府豊中市・大阪大学（豊中キャンパス）
Year and Date
2017-03-18
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[Presentation] WS2/MoS2ヘテロ構造における一次元閉じ込めポテンシャルの形成2016
Author(s)
小林 佑, 吉田 昭二, 櫻田 龍司, 髙島 健悟, 山本 貴博, 斉藤 哲輝, 小鍋 哲, 谷口 尚, 渡邊 賢司, 真庭 豊, 武内 修, 重川 秀実, 宮田 耕充
Organizer
第51回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
Place of Presentation
札幌、北海道立道民活動センター（かでる２．７）
Year and Date
2016-09-07
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