2021 Fiscal Year Final Research Report

Complex phonon engineering including electronics and magnons

Research Project

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Project/Area Number	19H00744
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Medium-sized Section 19:Fluid engineering, thermal engineering, and related fields
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	SHIOMI Junichiro 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (40451786)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	大西正人東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任助教 (30782560) 内田健一国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, グループリーダー (50633541)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	フォノン / フォノンエンジニアリング / 電子 / マグノン / マルチスケール
Outline of Final Research Achievements	We have developed analytical techniques such as a multiscale Monte Carlo simulator and measurement techniques such as a Seebeck spectrum measurement system for the combined phonon and electron/magnon transport systems. Through these techniques, we have deepened our understanding of the effects of the non-equilibrium nature of electrons and phonons on heat transport. For example, we quantified heat transport properties under strong non-equilibrium conditions in semiconductor device systems and metal-insulator (semiconductor) interface systems. We have also measured metal/insulator superlattice structures and experimentally evaluated the thermal resistance near the metal/insulator interface and its dependence on metal species and geometry, and found that the thermal conductivity is significantly reduced in systems with strong electron-phonon interactions by the non-equilibrium.
Free Research Field	分子熱工学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	本研究では、フォノンと電子/マグノンの複合輸送系に関して、準粒子間の相互作用を考慮しながら混合輸送問題の解析を行う技術を開発した。これらの技術開発はナノスケール熱工学における重要な学術的な課題であり、開発された技術は、今後、混合輸送現象の学術の進展および、電子デバイスや熱電材料開発などの応用分野の発展に貢献することが見込まれる。また、本研究で見出された電子・フォノン相互作用が小さい金属と絶縁体や半導体の界面近傍において強い非平衡性から熱伝導率が大きく低減される有意な効果は、時・空間スケールの異なる複数種類の準粒子が共存して相互作用する「強」非平衡力学に新たな理解と制御性を付与するものである。