| 研究課題/領域番号 |
12650203
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
松本 充弘 京都大学, 工学研究科, 助教授 (10229578)
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| 研究分担者 |
若林 英信 京都大学, 工学研究科, 助手 (00273467)
牧野 俊郎 京都大学, 工学研究科, 教授 (30111941)
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| キーワード | 固体熱伝導 / 格子振動解析 / フォノンダイナミクス / ウェーブレット解析 / 分子シミュレーション / 薄膜素子 |
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| 研究概要 |
本研究は、薄膜素子や組成傾斜材料などナノメートルスケールの空間構造性をもつ不均質固体の熱伝導特性の制御や予測を目的として2年間にわたり行ったものである。最終年度の本年は、これまでに開発したウェーブレット変換法による新しい格子振動解析の手法を種々のモデル系に適用して、この手法がナノ固体の熱伝導特性の解析に有効であることを示した。モデル系としてLennard-Jones相互作用をもつ粒子系のFCC単結晶およびアモルファス固体を用いた分子動力学シミュレーションを行い、各粒子の時系列速度データを時間ウェーブレット解析により、振動数レベルごとにその振動強度と時間相関を求めた。この結果、固体熱伝導モデルの構築に必要となる格子振動(フォノン)の寿命や平均自由行程を、モード(振動数、波長)の関数として定量的に評価できることを示した。単結晶とアモルファス固体を比較することにより、アモルファス固体の振動寿命が単結晶の1/5〜1/10程度と短いことが、アモルファス固体の低い熱伝導率の主要因であることを定量的に示した。本手法によって評価された振動寿命を用いてフォノン描像に基づいて試算した熱伝導率は、非平衡分子動力学シミュレーションにより直接求めたものとよい一致を示すことから、本ウェーブレット解析手法はナノ固体の熱伝導特性の予測に有用であると結論した。
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