2022 Fiscal Year Annual Research Report
非線形局在モードによるエネルギー輸送波散乱と格子熱伝導の研究
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19K03654
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
吉村 和之 鳥取大学, 工学研究科, 教授 (40396156)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
土井 祐介 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (10403172)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 非線形格子 / 熱伝導 / 局在モード |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、固体におけるミクロスケールでの熱抵抗発生メカニズムの理論的解明を目的として実施した。以下の1～５の成果を得た。１）ポテンシャル関数に対称性を備える2種類の特殊な非線形格子モデル（Pairwise Interaction Symmetric Lattice（PISL)，Umklapp-Free Lattice (UFL)）を構成した。２）PISLについて、熱抵抗≒０を数値計算で示した。３）UFLについて、熱抵抗＝０を数値計算で示した。UFLが有するポテンシャル対称性が、熱抵抗消失に関わることを明らかにした。この結果は、熱抵抗に関するPeirelsの仮説「非線形格子のフォノン相互作用において、Normal過程のみ存在しUmklapp過程が無い場合には熱抵抗が消失する」を、原子ダイナミクスに基づき検証した初めての結果である。４）PISLとUFLにおいて、非線形性により変調を受けたフォノンが熱エネルギー輸送波であることを数値的に同定した。５）PISLとUFLにおける局在モード（Discrete Breather, DB）によるフォノン散乱特性を明らかにした。
以上に加え、当初計画外の成果として、Fermi-Pasta-Ulam-Tsingou格子に対して、対称単一パルス型および多パルス型のDB解の存在証明を与えた。
２０２２年度は、上記の項目５について研究を実施した。DBにフォノンを入射した時の透過率と反射率を数値的に調査した。PISLでは、フォノンがDBで反射せずほぼ完全に透過すること、および、対称性の破れに伴い透過率が減少することを明らかにした。DBによるフォノン散乱と熱抵抗の関連を示唆する結果である。UFLについては、フォノンが殆どDBを透過しないことを明らかにした。本結果は、国際会議NOLTA2023で発表した。
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