Wave scattering by nonlinear localized mode and heat conduction in nonlinear lattice

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K03654
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13010:Mathematical physics and fundamental theory of condensed matter physics-related
• Research Institution: Tottori University
• Principal Investigator: Yoshimura Kazuyuki 鳥取大学, 工学研究科, 教授 (40396156)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 土井 祐介 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (10403172)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 非線形格子 / 熱伝導 / 局在モード

Outline of Final Research Achievements

The microscopic mechanism of thermal resistance in solids was studied using nonlinear lattice models. We defined two types of symmetries regarding the potentials of nonlinear lattices, and then constructed two particular nonlinear lattice models equipped with these symmetries. Non-equilibrium molecular dynamics simulations using these models revealed that the existence of the symmetries defined in this study is a condition for the disappearance or significant reduction of thermal resistance. Thermal energy is transported by phonons, and one of the causes of thermal resistance is expected to be the inhibition of phonon propagation by nonlinear localized modes. We clarified effects of the symmetries on phonon scattering by nonlinear localized modes.

Free Research Field

非線形物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

固体における熱輸送機構を、素過程である原子ダイナミクスに基づき理解することは、物理学における重要な課題の一つである。一方、工学においては、熱伝導を制御することで新機能・高機能材料や革新的デバイスの開発を目指す研究への関心が高まっている。その基礎学理としての熱輸送の微視的理解の重要性も増している。本研究では、熱抵抗の消失（もしくは著しい低減）の条件となるポテンシャル対称性を同定した。研究成果の一部は、熱抵抗に関する有名なPeirels仮説をダイナミクスに基づき検証した初めての結果であり、学術的意義が大きいと考えられる。また、本研究の知見は、熱伝導に優れた物質の設計にも役立つものと期待される。