Atomistic study of strain effects on phonon thermal transport in nanowires

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16K18082
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Electronic materials/Electric materials
• Research Institution: National 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
• 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

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.

Free Research Field

半導体デバイス物理

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。