| 研究課題/領域番号 |
19H00744
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分19:流体工学、熱工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
塩見 淳一郎 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (40451786)
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| 研究分担者 |
大西 正人 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任助教 (30782560)
内田 健一 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, グループリーダー (50633541)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
46,280千円 (直接経費: 35,600千円、間接経費: 10,680千円)
2021年度: 10,530千円 (直接経費: 8,100千円、間接経費: 2,430千円)
2020年度: 12,220千円 (直接経費: 9,400千円、間接経費: 2,820千円)
2019年度: 23,530千円 (直接経費: 18,100千円、間接経費: 5,430千円)
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| キーワード | フォノン / フォノンエンジニアリング / 電子 / マグノン / マルチスケール |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、①フォノンと他の準粒子の混合輸送問題を高精度に取り扱える計算法および、②多準粒子からフォノンへの緩和を評価する計測法を開発し、③それらを次世代材料やデバイス（パワー半導体、マグノン回路、新規熱電変換素子など）に適用することで、新しい省エネルギーおよび熱マネージメント技術を生み出す。また、これらを通じて、時・空間スケールの異なるフォノンと他の準粒子が共存して相互作用する「強」非平衡の混合輸送の学理を深める。
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| 研究成果の概要 |
フォノンと電子/マグノンの複合輸送系に関して、マルチスケール・モンテカルロ法シミュレータなどの解析技術や、ゼーベックスペクトル計測系などの計測技術を開発した。これらにより、電子とフォノンの非平衡性の熱輸送への影響について理解を深めた。例えば、半導体デバイス系や金属・絶縁体（半導体）界面系などを対象に、強い非平衡状態下での熱輸送特性を定量化した。また、金属/絶縁体超格子構造の計測を行い、金属・絶縁体界面近傍における熱抵抗および、その金属種や幾何学への依存性を実験的に評価し、電子・フォノン相互作用が強い系において熱伝導率が有意に低減され、それが非平衡性によって生じていることを明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では、フォノンと電子/マグノンの複合輸送系に関して、準粒子間の相互作用を考慮しながら混合輸送問題の解析を行う技術を開発した。これらの技術開発はナノスケール熱工学における重要な学術的な課題であり、開発された技術は、今後、混合輸送現象の学術の進展および、電子デバイスや熱電材料開発などの応用分野の発展に貢献することが見込まれる。また、本研究で見出された電子・フォノン相互作用が小さい金属と絶縁体や半導体の界面近傍において強い非平衡性から熱伝導率が大きく低減される有意な効果は、時・空間スケールの異なる複数種類の準粒子が共存して相互作用する「強」非平衡力学に新たな理解と制御性を付与するものである。
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