| 研究課題/領域番号 |
12640304
|
|---|
| 研究種目 |
基盤研究(C)
|
| 配分区分 | 補助金 |
|---|
| 応募区分 | 一般 |
|---|
| 研究分野 |
固体物性Ⅰ(光物性・半導体・誘電体)
|
|---|
| 研究機関 | 北海道大学 |
|---|
研究代表者 |
田村 信一朗 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80109488)
|
|---|
| 研究分担者 |
田中 之博 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00281791)
水野 誠司 北海道大学, 大学院・工学研究科, 講師 (90222322)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2000 – 2002
|
| 研究課題ステータス |
完了 (2002年度)
|
| 配分額 *注記 |
3,200千円 (直接経費: 3,200千円)
2002年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2001年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2000年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
|
|---|
| キーワード | 超格子 / フォノン / 熱伝導率 / 群速度 / イメージング / ナノ構造 / THz / FDTD法 / フォノン結晶 |
|---|
| 研究概要 |
サブピコ秒超音波法の開発により、半導体や金属のナノスケール構造中のフォノンそれ自身と、その電子などとの相互作用に関する多くの新しい物理現象が明らかにされつつある。しかし、ナノ構造中のフォノンのダイナミクスに関する理論的解析は実験の進展に比べて極めて不十分であり、その展開が基礎物性的な側面からだけでなく、応用上も急務の課題となっている。この様な事実を踏まえ、本研究ではナノ構造中のフォノンとそのダイナミクスに関し、特に次の諸点の理論的解析を行った。
(1)半導体超格子における熱伝導率の異常な低下に対する理論的解明
(2)金属超格子における音響フォノンのダイナミクス、特に電子・格子相互作用に関する理論解析
(3)半導体ナノ周期構造中のフォノンの群速度異常の解析
(4)結晶表面における表面フォノン波束の異方的伝播イメージの解明
以上の課題について、それぞれの研究成果は以下のように要約される。
(1)分子動力学計算により熱伝導率の解析を行った。超格子中に初期温度分布を与え、それが緩和していく過程を拡散方程式の解に基づいて解析することにより、熱伝導度を求めた。界面における原子配置の乱れを取り込んだ計算では、実験と同様に基本周期長の増大と共に増加して行く熱伝導度が再現され、その大きさも含め、実験結果が良く説明された。
(2)超格子中において、バルクフォノンの減衰率が共鳴的に増大する事実を新たに見出した。その原因は電子の分散関係が、ブリルアン・ゾーンの折返し効果によりバルクの分散関係から大幅に修正を受け、エネルギーと運動量の保存を満たしながら、フォノンを吸収することの出来る電子の状態密度が、発散的に増大するためである。しかし、表面フォノンの減衰率については大きさは再現することが出来ず、今後の課題として残った。
(3)有限な周波数を有する現実の超格子について、音響フォノンの祥速度の大きさを理論的に解析し、(イ)伝播が抑制されるフォノン・ストップバンド中で、フォノンの群速度はバンド領域での群速度と比較しても大きな値を持つこと、(ロ)さらに超格子の周波数の増加と共に群速度が増大することを明らかにした。
(4)これについては研究成果報告書を参照のこと。
|
