Electron heat engineering using graphene

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02542
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 28020:Nanostructural physics-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Moriya Rai 東京大学, 生産技術研究所, 特任准教授 (30548657)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: グラフェン / 窒化ホウ素 / 長波長赤外光

Outline of Final Research Achievements

Graphene is known to have small electron heat capacity and electron-phonon interaction. Hence, an electron temperature of the graphene is very sensitive to the external stimuli and can be controlled nearly independent from its lattice temperature. By using this property, we developed a method to control electron heat transfer in graphene. We demonstrate a black body radiation and infrared photo-detection using graphene devices. These finding could be useful for the application to a far-infrared to terahertz optoelectronic devices.

Free Research Field

二次元材料物性

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

多くの材料において、熱は格子を伝達する。格子の熱伝導は制御が困難であり容易に拡散してしまう。炭素１原子層のグラフェンでは電子と格子の相互作用が小さいため、電子系のみを用いた格子を介さない熱伝達制御が可能である。本研究では１）グラフェンに電流を流した際の電子系の黒体輻射が非常に効率の良い輻射熱源であること、２）グラフェンの電子系の熱電効果が、感度の良い熱輻射検出器として利用可能であること、を実証した。これらの成果により、グラフェンは今後の熱エネルギー利用に向けて有用な材料であることが確かめられた。