2017 Fiscal Year Annual Research Report
Computational design of high-performance thermoelectric materials and ultra-low power consumption devices
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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, 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、カーボンナノチューブの平均自由行程と位相緩和長の温度依存性を独自の計算機シミュレーション手法を駆使して明らかにした。特に、欠陥による散乱効果とフォノンの両方が平均自由行程と位相緩和長に及ぼす影響を調査し、カーボンナノチューブの長さに応じてバリスティック伝導領域、弱局在領域、拡散的オーミック伝導領域のクロスオーバー現象を見出すことに成功した。さらに、グラフェンへの歪み印加が電子移動度に与える影響について、電子フォノン相互作用を考慮する事により調査した。その結果、引っ張り歪みの増加に従い移動度が非線形に低下し、10％程度の引っ張り歪みで移動度が無歪み時の1/6程度に低下するが、中刷りグラフェンの場合それでも尚10,000cm2/Vs程度の高移動度が期待できる事が明らかとなった。また、グラフェンと六方晶窒化ホウ素h-BNとの複合材料h-BCNをチャネル材料としたFETの特性について理論解析を行った。その結果、B:N:Cの比率を1:1:6とした場合にシリコンと同程度のバンドギャップが得られ、電流の十分なオンオフ比が期待できる事を示した。
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、カーボンナノチューブ薄膜の両極性熱電効果を、線形応答理論と温度グリーン関数法に基づく熱電理論によって明らかにした。また本項目では、グラフェンと強誘電材料のハイブリッド構造を創ることで、分極効果によりグラフェン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、その熱電効果について実験グループと連携して実験的検証も行った。そこでは、グラフェンの層数に依存して本質的に熱電物性が変調されることを見出した。
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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