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ナノスケール系の熱伝導現象の理論

研究課題

研究課題/領域番号 12J02847
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 物性Ⅰ(光物性・半導体・誘電体)(理論)
研究機関筑波大学

研究代表者

山本 晃平  筑波大学, 大学院数理物質科学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2012 – 2013
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
配分額 *注記
1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
2013年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2012年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード熱伝導 / ナノスケール / シミュレーション / 金属・半導体界面 / シリコンナノワイヤー
研究概要

本研究の目的は、原子レベルからの熱伝導計算シミュレーションを行い、ナノスケール熱伝導現象の包括的な理解を得ることである。そのため、前年度は熱伝導における原子種、原子構造の影響解明、第一原理計算を用いた精密熱伝導度計算手法開発を行った。
本年度は前年度に続き、温度、長さ依存性を持った熱伝導度計算手法開発を行った。特に
① フォノン-フォノン散乱がもたらすフォノン寿命計算手法開発
3次非調和項が系のフォノンにもたらすフォノン寿命を計算する手法を開発した。一般的な系に対して、3次非調和項を摂動項としてフェルミの黄金律を適用し、あるフォノン始状態がどのような寿命を持つのかを定量的に計算する手法を開発した。この手法をバルクシリコン、バルクアルミニウムに対して適用し、両物質のフォノン寿命を計算した。
② フォノン-フォノン散乱の自己エネルギー計算手法開発
フォノン寿命がフォノン-フォノン散乱の自己エネルギーの虚部であり、これをヒルベルト変換することによって自己エネルギーの実部を求めることが出来る。この手法をバルクシリコン、バルクアルミニウムに対して適用し、両物質のフォノン-フォノン散乱の自己エネルギーを計算した。
③ フォノン-フォノン散乱を含んだ熱伝導度計算手法開発
フォノン-フォノン散乱の自己エネルギーは系の温度によって変化する。また、系の熱伝導方向に対する長さによっても透過係数が変化するため、温度及び長さ毎に熱伝導度計算を行える手法を開発した。この手法をバルクシリコンに対して適用し、フォノン寿命、フォノン平均自由行程、熱伝導度の温度依存性、長さ依存性を得た。
を行った。

今後の研究の推進方策

(抄録なし)

報告書

(2件)
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2014 2013 2012

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] Crossover to Quantized Thermal Conductance in Nanotubes and Nanowires2013

    • 著者名/発表者名
      Kohei Yamamoto, Hiroyuki Ishii, Nobuhiko Kobayashi, Kenii Hirose
    • 雑誌名

      Open Journal of Composite Materials

      巻: 3 号: 02 ページ: 48-54

    • DOI

      10.4236/ojcm.2013.32a007

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermal Conductance calculations of silicon nanowires comparison with diamond nanowires2013

    • 著者名/発表者名
      Kohei Yamamoto, Hiroyuki Ishii, Nobuhiko Kobayashi and Kenji Hirose
    • 雑誌名

      Thermal Conductance calculations of silicon nanowires comparison with diamond nanowires

      巻: 8 ページ: 256-262

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] On the Phononic Bandgap of Carbon Nanotubes2013

    • 著者名/発表者名
      Kohei Yamamoto, Hiroyuki Ishii, Nobuhiko Kobayashi, and Kenji Hirose
    • 雑誌名

      Journal of Nanomaterials

      巻: 2013 号: 1 ページ: 1-4

    • DOI

      10.1155/2013/525070

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 非平衡グリーン関数を用いた熱伝導計算によるフォノン・フォノン散乱と界面散乱効果の解析2014

    • 著者名/発表者名
      山本晃平、石井宏幸、小林伸彦、広瀬賢二
    • 学会等名
      日本物理学会第69回年次大会
    • 発表場所
      東海大学湘南キャンパス
    • 年月日
      2014-03-27
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 第一原理計算による原子間ポテンシャル生成と熱伝導計算2013

    • 著者名/発表者名
      山本晃平、石井宏幸、小林伸彦、広瀬賢二
    • 学会等名
      日本物理学会2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学
    • 年月日
      2013-09-28
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 第一原理計算による原子間ポテンシャル作成と熱伝導計算への応用2013

    • 著者名/発表者名
      山本晃平
    • 学会等名
      第68回日本物理学会
    • 発表場所
      広島大学
    • 年月日
      2013-03-29
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 第一原理計算を用いた金属・半導体界面における熱伝導計算2012

    • 著者名/発表者名
      山本晃平
    • 学会等名
      第67回日本物理学会
    • 発表場所
      横浜国立大学
    • 年月日
      2012-09-21
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Thermal Conductace Calculation of Silicon Nanowires2012

    • 著者名/発表者名
      Kohei Yamamoto
    • 学会等名
      Trends in Nanotechnology
    • 発表場所
      Universidad Plitecnica de Madrid (Spain)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2013-04-25   更新日: 2024-03-26  

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