Control of thermal conductivity by using lattice strain

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K14197
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 19020:Thermal engineering-related
• Research Institution: Waseda University (2023); Aoyama Gakuin University (2022)
• Principal Investigator: KASHIWAGI Makoto 早稲田大学, ナノ・ライフ創新研究機構, 次席研究員(研究院講師) (70825421)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: フォノン熱輸送 / 格子ひずみ / 熱計測

Outline of Final Research Achievements

In this study, the controlling thermal transport by applying strain was investigated using both experimental and numerical methods. Experimentally, the thermal conductivity was evaluated by changing the strain in the film by controlling the conditions during sputtering deposition. The results showed that the thermal conductivity changed with the amount of strain. Numerically, the phonon heat transport properties in the strained material were calculated and evaluated using first-principles calculations. The frequency shift of the high-frequency phonons to lower frequencies due to the change in the lattice constant results in a change in the heat transport properties of the phonons.

Free Research Field

熱工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究成果はひずみを用いたフォノン熱輸送特性制御の可能性を示したものである。この結果は、従来のフォノン・エンジニアリングにおける構造界面におけるフォノン散乱を利用した熱輸送制御とは異なり、結晶構造または原子配列構造に基づいたフォノン輸送特性の制御の可能性を示したものである。この成果は、新規な熱輸送特性制御の可能性を提示するだけでなく、従来のフォノン・エンジニアリングと組み合わせることで、さらなる熱輸送特性制御の可能性も提示するものであり、学術的な意義は大きい。また、本研究成果はより高度かつ複雑なサーマルマネージメントを可能とするものであり、その社会的意義も大きい。