| 研究課題/領域番号 |
20H02080
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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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 |
小区分19020:熱工学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 (2022)
東京大学 (2020-2021) |
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研究代表者 |
志賀 拓麿 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (10730088)
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| 研究分担者 |
児玉 高志 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 客員研究員 (10548522)
千足 昇平 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (50434022)
岡田 晋 筑波大学, 数理物質系, 教授 (70302388)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2022年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2021年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2020年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
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| キーワード | ナノスケール熱伝導 / 低次元材料 / 第一原理非調和格子動力学法 / ナノ・マイクロ加工 / ラマン測定 / 第一原理計算 / 表面フォノン / ラマン計測 / 二次元材料 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
高熱伝導率や超断熱、熱整流性などの熱特性や熱機能を既存材料やデバイスで発現させるためには、フォノン状態や熱輸送特性を決定する材料中の原子間相互作用の制御が鍵となる。本研究では、材料中の電子軌道のミスマッチや電子バンドの変化が原子間の調和・非調和バネ定数を変調させることを利用し、電場印加・電荷注入による二次元材料の面内熱伝導変調メカニズムの理論的解明と熱輸送制御に向けた基礎学理の深化を目的とする。さらに理論・数値解析に留まらず、ラマン分光やナノ材料の熱伝導計測技術を駆使することで、上述した外場による熱伝導制御を実験的に実証し、革新的な熱制御シーズの創生をもたらす研究基盤の構築を目指す。
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| 研究成果の概要 |
熱伝導を決定するフォノンの熱容量、群速度、及び緩和時間と原子間相互作用変調の相関メカニズムを明らかにするべく、本研究では非調和格子動力学法に基づきフェルミ面近傍の電子状態の変調または低次元化がフォノン輸送特性に与える影響を解析にした。ひずみにより誘起されるフォノン分散関係の変調及び、低次元化により顕在化する表面フォノンが熱伝導に寄与するテラヘルツ領域のフォノン-フォノン散乱の散乱位相空間を大幅に変調し、材料全体の熱伝導を強く律速す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 |
熱伝導を担うテラヘルツ領域のフォノンの平均自由行程や波長は短いため、構造によって自在に熱伝導を制御することは容易でない。本研究で明らかにした電場や機械ひずみなどの外場や低次元化による電子状態変調や表面フォノンによる熱伝導変化メカニズムは、原子間相互作用変調を介した新たなテラヘルツフォノン制御の創生に繋がるものである。さらに、本研究で得られた熱伝導変化機構に基づいた機械学習による材料探索を実施することで、大幅で可変な熱伝導率変化を実現する低次元材料の発見も期待できる。
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