ナノスケール熱電変換のボトムアップ的シミュレーション

• 研究課題/領域番号: 24681021
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: ナノ構造科学
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 山本 貴博 東京理科大学, 工学部, 講師 (30408695)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 20,280千円 (直接経費: 15,600千円、間接経費: 4,680千円); 2014年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2013年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2012年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
• キーワード: ナノ構造科学 / 熱電変換 / シミュレーション / ナノ構造物性

研究成果の概要

本研究では、ナノ材料の熱電変換物性を高精度に予測するシミュレーターを開発した。さらに、入力ファイル作成やシミュレーション結果の可視化を支援するGUIの開発し、一般公開した。これを用いることで、計算科学の専門家でなくても、ナノ材料の熱電物性をシミュレーションし、熱電物質開発の指針を得ることができる。実際、今回開発したシミュレータを用いて、カーボンナノチューブ薄膜の熱電物性を明らかとし、国内の実験グループと共同で、世界初となるオールカーボンナノチューブ・フレキシブル熱電素子の開発に成功した。また、本シミュレータを用いて各種ナノ材料の熱電物性予測を行い、多くの成果を得ることができた。

研究成果

• [雑誌論文] Significant enhancement of the thermoelectric performance of phosphorene through the application of tensile strain (2015)
  • 著者名/発表者名: Satoru Konabe, Takahiro Yamamoto
  • 雑誌名: Applied Phyics Express 巻: 8 号: 1 ページ: 015202-015202
  • DOI: 10.7567/apex.8.015202
  • NAID: 210000137361
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 第一原理シミュレーションによる新規フレキシブル熱電材料の探索 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山本貴博, 小鍋哲
  • 雑誌名: 日本熱電学会誌 巻: 11
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Tuning of the Thermoelectric Properties of One-Dimensional Material Networks by Electric Double Layer Techniques using Ionic liquids (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Yanagi, Shouhei Kanda, Yuki Oshima, Yoshimasa Kitamura, Hideki Kawai, Takahiro Yamamoto, Taishi Takenobu, Yusuke Nakai, Yutaka Maniwa
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: 14 号: 11 ページ: 6437-6442
  • DOI: 10.1021/nl502982f
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Valley Photothermoelectric Effects in Transition Metal Dichalcogenides (2014)
  • 著者名/発表者名: Satoru Konabe, Takahiro Yamamoto
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 90 号: 7 ページ: 075430-075430
  • DOI: 10.1103/physrevb.90.075430
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] グラフェンとその関連物質の熱伝導と熱電物性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山本貴博, 小鍋哲
  • 雑誌名: Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｊａｐａｎ 巻: 57 号: 12 ページ: 457-460
  • DOI: 10.3131/jvsj2.57.457
  • NAID: 130004952506
  • ISSN: 1882-2398, 1882-4749
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Conductance fluctuation of edge-disordered graphene nanoribbon: Crossover from diffusive transport to Anderson localization (2014)
  • 著者名/発表者名: Kengo Takashima and Takahiro Yamamoto
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 104 号: 9 ページ: 93105-93105
  • DOI: 10.1063/1.4867473
  • 査読あり
• [雑誌論文] Giant Seebeck coefficient in semiconducting single-wall carbon nanotube film (2014)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Nakai, Kazuya Honda, Kazuhiro Yanagi, Hiromichi Kataura, Teppei Kato, Takahiro Yamamoto and Yutaka Maniwa
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 7 号: 2 ページ: 25103-25103
  • DOI: 10.7567/apex.7.025103
  • NAID: 210000136981
  • 査読あり
• [雑誌論文] Non-Equilibrium Thermal Transport Simulation of Conical Carbon Nanofibers (2013)
  • 著者名/発表者名: Derek Ashley Thomas, Takahiro Yamamoto, Tomofumi Tada, and Satoshi Watanabe
  • 雑誌名: Transactions of the Materials Research Society of Japan 巻: 38 ページ: 183-183
  • NAID: 130005004209
  • 査読あり
• [雑誌論文] Wave Packet Dynamics Simulation on Electronic Transport in Carbon Nanotubes with Randomly Distributed Impurities (2013)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Takada and Takahiro Yamamoto
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 52 号: 6S ページ: 06GD07-06GD07
  • DOI: 10.7567/jjap.52.06gd07
  • NAID: 210000142345
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanostructural Effects on Thermoelectric Power of Graphene Nanoribbons (2013)
  • 著者名/発表者名: Teppei Kato, Shinji Usui, and Takahiro Yamamoto
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 52 号: 6S ページ: 06GD05-06GD05
  • DOI: 10.7567/jjap.52.06gd05
  • NAID: 210000142343
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic, Magnetic and Thermal Properties of Graphene-Diamond Hybrid Structure (2012)
  • 著者名/発表者名: Takuma Shiga, Satoru Konabe, Junichiro Shiomi, Takahiro Yamamoto, Shigeo Maruyama, Susumu Okada
  • 雑誌名: Applied Physics Letter 巻: 100 号: 23 ページ: 233101-233101
  • DOI: 10.1063/1.4725485
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elastic Transient Energy Transport and Energy Balance in a Single-Level Quantum Dot System (2012)
  • 著者名/発表者名: W. Liu, K. Sasaoka, T. Yamamoto, T. Tada, and S. Watanabe
  • 雑誌名: Japanease Journal of Applied Physics 巻: 51 号: 9R ページ: 0943031-6
  • DOI: 10.1143/jjap.51.094303
  • NAID: 40019424976
  • 査読あり
• [雑誌論文] グラフェンナノリボンの熱電能へのエッジ形状効果 : 第一原理シミュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 加藤哲平、臼井信志、山本貴博
  • 雑誌名: 第4回マイクロ・ナノ工学シンポジウム講演論文集 巻: 12-55 ページ: 69-70
• [学会発表] SWCNTフィルムの熱電物性：半導体型・金属型混合の効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 林大介, 中井 祐介, 客野遥, 柳和宏, 宮田耕充, 真庭豊, 山本貴博
  • 学会等名: 第62回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川県平塚市（東海大・湘南キャンパス）
  • 年月日: 2015-03-13
• [学会発表] Crossover between Localization and Delocalization in Edge-Disordered Graphene Nanoribbons (2015)
  • 著者名/発表者名: Kengo Takashima, Takahiro Yamamoto
  • 学会等名: 第48回フラーレン・ナノチューブ･グラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学 伊藤国際学術研究センター 伊藤謝恩ホール
  • 年月日: 2015-02-21
• [学会発表] カーボンナノチューブ薄膜の熱電特性：シミュレーションとデバイス動作特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 加藤哲平、臼井信志、山本貴博
  • 学会等名: 第35回 日本熱物性シンポジウム
  • 発表場所: 東京、東京工業大学（大岡山キャンパス）
  • 年月日: 2014-11-24
• [学会発表] G-mode modulation of graphene by mechanical strain (2014)
  • 著者名/発表者名: Kento Tada, Takahiro Yamamoto
  • 学会等名: The 17th Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations
  • 発表場所: Yonsei University, Seoul, Korea
  • 年月日: 2014-11-04
• [学会発表] Quantum Transport in Disordered Graphene Nanoribbons with Randomly Distributed Edge Vacancies (2014)
  • 著者名/発表者名: Kengo Takashima, Takahiro Yamamoto
  • 学会等名: The 17th Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations
  • 発表場所: Yonsei University, Seoul, Korea
  • 年月日: 2014-11-04
• [学会発表] Electronic Structure of Graphene Nanomeshs with Triangular Nanoholes (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiromu Fujii, Kengo Takashima, Takahiro Yamamoto
  • 学会等名: The 17th Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations
  • 発表場所: Yonsei University, Seoul, Korea
  • 年月日: 2014-11-03
• [学会発表] Anomalous Photo-thermoelectric Effects in Transition Metal Dichalcogenides (2014)
  • 著者名/発表者名: Satoru Konabe, Takahiro Yamamoto
  • 学会等名: The 6th International Conference on Recent Progress in Graphene Research (RPGR2014)
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2014-09-25
• [学会発表] Computational Simulation on Coherent Electronic Transport in Edge-Disordered Graphene Nanoribbons (2014)
  • 著者名/発表者名: Kengo Takashima, Hiromu Fujii, Takahiro Yamamoto
  • 学会等名: The 6th International Conference on Recent Progress in Graphene Research (RPGR2014)
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2014-09-25
• [学会発表] Photo-induced anomalous Nernst effects in transition metal dichalcogenides (2014)
  • 著者名/発表者名: Satoru Konabe, Takahiro Yamamoto
  • 学会等名: 第75回 応用物理学会秋季学術講演会 JSAP-OSA Joint Symposia
  • 発表場所: 北海道大学（札幌）
  • 年月日: 2014-09-17
• [学会発表] 電気二重層キャリア注入による半導体型単層カーボンナノチューブの熱電物性の制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 柳和宏，河合英輝，神田翔平，大島侑己，北村典雅，山本貴博，中井祐介，真庭豊
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 愛知県春日井市 中部大学春日井キャンパス
  • 年月日: 2014-09-07
• [学会発表] 遷移金属ダイカルコゲナイドにおけるバレーネルンスト効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小鍋哲、山本貴博
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 愛知県春日井市 中部大学春日井キャンパス
  • 年月日: 2014-09-07
• [学会発表] Photo-Induced Anomalous Nernst Effects in Transition Metal Dichalcogenides (2014)
  • 著者名/発表者名: 小鍋哲、山本貴博
  • 学会等名: 第47回フラーレン・ナノチューブ･グラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋大学、名古屋
  • 年月日: 2014-09-05
• [学会発表] Heat-Transport and Thermoelectric Properties of Carbon Nanotubes (2014)
  • 著者名/発表者名: 山本貴博
  • 学会等名: 第47回フラーレン・ナノチューブ･グラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋大学、名古屋
  • 年月日: 2014-09-04
  • 招待講演
• [学会発表] Seebeck coefficient of carbon-nanotube thin-films (2014)
  • 著者名/発表者名: Teppei Kato, Shinji Usui, Takahiro Yamamoto
  • 学会等名: IUMRS-ICA 2014
  • 発表場所: Fukuoka University, Fukuoka, Japan
  • 年月日: 2014-08-26
• [学会発表] Edge-Vacancy Effect on Electronic Transport in Narrow Graphene Nanoribbons (2014)
  • 著者名/発表者名: Kengo Takashima, Hiromu Fujii, Takahiro Yamamoto
  • 学会等名: IUMRS-ICA 2014
  • 発表場所: Fukuoka University, Fukuoka, Japan
  • 年月日: 2014-08-26
• [学会発表] Coherent Electronic Transport in Edge-Disordered Graphene Nanoribbons (2014)
  • 著者名/発表者名: Kengo Takashima, Hiromu Fujii, Takahiro Yamamoto
  • 学会等名: The 6th IEEE International Nanoelectronics Conference (IEEE INEC 2014)
  • 発表場所: Hokkaido University, Sapporo, Japan
  • 年月日: 2014-07-30
• [学会発表] Development of New Simulation Method for Thermoelectric Responses of Large Scale Systems and Its Applications (2014)
  • 著者名/発表者名: Yukihiro Takada, Takahiro Yamamoto
  • 学会等名: The 8th US-Japan Joint Seminar on Nanoscale Transport Phenomena
  • 発表場所: Chaminade Resort, Santa Cruz, CA
  • 年月日: 2014-07-14
• [学会発表] Thermoelectric Power of Carbon-Nanotube Bucky Paper: Simulation and Experiment (2014)
  • 著者名/発表者名: Teppei Kato, Shinji Usui, Takahiro Yamamoto
  • 学会等名: The 8th US-Japan Joint Seminar on Nanoscale Transport Phenomena
  • 発表場所: Chaminade Resort, Santa Cruz, CA
  • 年月日: 2014-07-14
• [学会発表] Edge-Vacancy Effect on Electronic Transport in Narrow Graphene Nanoribbons (2014)
  • 著者名/発表者名: Kengo Takashima, Hiromu Fujii, Takahiro Yamamoto
  • 学会等名: QuantumHagen
  • 発表場所: Copenhagen, Denmark
  • 年月日: 2014-07-01
• [学会発表] 炭素ナノ物質のフォノン輸送と熱電変換 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山本貴博
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学、東広島市(招待講演)
  • 年月日: 2013-03-27
• [学会発表] CNT薄膜の熱電物性へのチューブ接触効果 : NEGF+DFTシミュレーション (2013)
  • 著者名/発表者名: 加藤哲平、臼井信志、山本貴博
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学、東広島市
  • 年月日: 2013-03-26
• [学会発表] グラフェンの機械的変形が熱物性に与える影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 船谷宜嗣, 山本貴博, 小川真人, 相馬聡文
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学、東広島市
  • 年月日: 2013-03-26
• [学会発表] SWNT薄膜の熱起電力の第一原理シミュレーション (2013)
  • 著者名/発表者名: 加藤哲平、臼井信志、山本貴博
  • 学会等名: 第44回フラーレン・ナノチュープ・グラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学、東京
  • 年月日: 2013-03-13
• [学会発表] グラフェンの機械的変形が熱物性に与える影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 船谷宜嗣, 山本貴博, 小川真人, 相馬聡文
  • 学会等名: 第44回フラーレン・ナノチュープ・グラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学、東京
  • 年月日: 2013-03-12
• [学会発表] グラフェンナノリボンの熱電能へのエッジ形状効果 : 第一原理シミュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 加藤哲平、臼井信志、山本貴博
  • 学会等名: 日本機械学会第4回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
  • 発表場所: 北九州市小倉
  • 年月日: 2012-10-23
• [学会発表] Heat Transport in Carbon Nanotubes : Non-Equilibrium Green's Function Simulation (2012)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Yamamoto
  • 学会等名: IUMRS-ICEM 2012
  • 発表場所: Yokohama, Kanagawa(招待講演)
  • 年月日: 2012-09-26
• [学会発表] グラフェンナノリボンの熱起電力へのエッジ効果 : 第一原理計算 (2012)
  • 著者名/発表者名: 加藤哲平、臼井信志、山本貴博
  • 学会等名: 第43回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 東北大学、宮城県仙台市
  • 年月日: 2012-09-07
• [学会発表] Phonon Thermal Transport at Nanoscale (2012)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Yamamoto
  • 学会等名: International workshop on material simulation in petaflops era
  • 発表場所: ISSP, University of Tokyo, Chiba(招待講演)
  • 年月日: 2012-07-06
• [学会発表] Computational simulation on thermal transport in carbon nanotubes (2012)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Yamamoto
  • 学会等名: GMSI International Workshop on Carbon Nanotubes and Graphene
  • 発表場所: The University of Tokyo, Tokyo(招待講演)
  • 年月日: 2012-06-15
• [学会発表] Coherent Phonon Transport in Isotope-Disordered Carbon Nanotubes (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Yamamoto, K. Sasaoka, S. Watanabe
  • 学会等名: MRS 2011 Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2012-04-12
• [学会発表] 半導体グラフェンナノリボンの電子輸送におけるエッジラフネス効果
  • 著者名/発表者名: 高島健悟, 藤井宏武, 山本貴博
  • 学会等名: 第46回 フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学 伊藤国際学術研究センター 伊藤謝恩ホール
• [学会発表] グラフェンの熱物性と熱電素子の可能性
  • 著者名/発表者名: 山本貴博
  • 学会等名: 2013年真空・表面科学合同講演会
  • 発表場所: 茨城県つくば市・つくば国際会議場
  • 招待講演
• [学会発表] Ab-initio Study on Thermoelectric Power of CNT-thin Film
  • 著者名/発表者名: T. Kato, S. Usui and T. Yamamoto
  • 学会等名: 26th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
  • 発表場所: Royton Sapporo, Hokkaido, Japan
• [学会発表] Wave-Packet Dynamics Simulation on Electronic Transport in Carbon Nanotubes with Topological Line Defects
  • 著者名/発表者名: Y. Takada, T. Yamamoto
  • 学会等名: 26th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
  • 発表場所: Royton Sapporo, Hokkaido, Japan
• [学会発表] Thermoelectric property simulations of conical carbon nanofibers
  • 著者名/発表者名: D.A. Thomas, T. Yamamoto, T. Tada and S. Watanabe
  • 学会等名: 12th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures
  • 発表場所: Tsukuba International Congress Center, Tsukuba, Japan
• [学会発表] Simulation Study on Thermoelectric Properties of Carbon Nanostructures
  • 著者名/発表者名: Takahiro Yamamoto
  • 学会等名: 12th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures
  • 発表場所: Tsukuba International Congress Center, Tsukuba, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] グラフェンナノリボンにおけるエッジラフネスの影響のリボン幅依存性
  • 著者名/発表者名: 高島健吾，高田幸宏、山本貴博
  • 学会等名: 日本物理学会 2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島市・徳島大学
• [学会発表] グラフェンの熱物性における面内歪みの影響
  • 著者名/発表者名: 船谷宜嗣，山本貴博，小川真人，相馬聡文
  • 学会等名: 日本物理学会 2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島市・徳島大学
• [学会発表] Impurity Strength Dependence on Electronic Transport in Single-Walled Carbon Nanotubes
  • 著者名/発表者名: Yukihiro Takada, Takahiro Yamamoto
  • 学会等名: 2013 JSAP-MRS Joint Symposia
  • 発表場所: 京都・同志社大学
• [学会発表] DFT Study on Thermoelectric Power of SWNT Buckypapers
  • 著者名/発表者名: Teppei Kato, Shinji Usui, Takahiro Yamamoto
  • 学会等名: 2013 JSAP-MRS Joint Symposia
  • 発表場所: 京都・同志社大学
• [学会発表] Edge-Disorder effect on Electronic Transort in Graphene Nanoribbons
  • 著者名/発表者名: Kengo Takashima, Yukihiro Takada, Takahiro Yamamoto
  • 学会等名: 2013 JSAP-MRS Joint Symposia
  • 発表場所: 京都・同志社大学
• [学会発表] Influence of Randomly Distributed Impurities on Electronic Transport in Carbon Nanotubes: Wave-Packet Dynamics Simulation
  • 著者名/発表者名: Yukihiro Takada, Takahiro Yamamoto
  • 学会等名: 19th International Vacuum Congress
  • 発表場所: Paris, France
• [学会発表] Computational Simulation on Electronic Transport in Edge-Disordered Graphene Nanoribbons
  • 著者名/発表者名: Kengo Takashima, Takahiro Yamamoto
  • 学会等名: 19th International Vacuum Congress
  • 発表場所: Paris, France
• [学会発表] ナノカーボン物質の熱電物性シミュレーション
  • 著者名/発表者名: 山本貴博
  • 学会等名: 日本熱電学会 第17 回研究会「新しい概念・設計思想に基づく熱電機能の発現・性能向上へのアプローチ」
  • 発表場所: 東京都港区、国立大学法人北陸先端科学技術大学院大学 東京サテライト
  • 招待講演
• [学会発表] First-Principles Simulation on Thermoelectric Properties of Carbon Nanotube Thin Films
  • 著者名/発表者名: Teppei Kato, Shinji Usui, Takahiro Yamamoto
  • 学会等名: The 32nd International Conference on Thermoelectrics
  • 発表場所: 神戸市、兵庫県
• [学会発表] Simulation on thermoelectric power of SWNT buckypapers
  • 著者名/発表者名: Teppei Kato, Shinji Usui, Takahiro Yamamoto
  • 学会等名: The Fourteenth International Conference on the Science and Application of Nanotubes
  • 発表場所: Aalto University, Espoo, Finland
• [学会発表] Impurity Effects on Electronic Transport in Carbon Nanotubes: Wave Packet Dynamics Simulation
  • 著者名/発表者名: Yukihiro Takada, Takahiro Yamamoto
  • 学会等名: The Fourteenth International Conference on the Science and Application of Nanotubes
  • 発表場所: Aalto University, Espoo, Finland
• [学会発表] Numerical Simulation of Thermal Transport in Carbon Nanofibers
  • 著者名/発表者名: Derek Ashley Thomas, Takahiro Yamamoto, Tomofumi Tada, Satoshi Watanabe
  • 学会等名: MRS 2013 Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
• [図書] 基礎からの量子力学 (2013)
  • 著者名/発表者名: 上村洸、山本貴博
  • 総ページ数: 388
  • 出版者: 裳華房
• [備考] 熱電物性シミュレーションの可視化ツール QTWARE
  • URL: http://www.rs.tus.ac.jp/takahiro/QTWare.html
• [産業財産権] 黒リン単原子膜、熱電材料、及び熱電変換素子 (2014)
  • 発明者名: 山本貴博
  • 権利者名: 山本貴博
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2014-10-10