高い熱伝導度を目指したフォノン間相互作用の第一原理計算

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13640332
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 白井 光雲 大阪大学, 産業科学研究所, 助教授 (60178647)
• 研究分担者: 吉田 博 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (30133929)
• キーワード: 熱伝導度 / 第一原理計算 / フォノン相互作用 / 分子動力学法 / 線形応答理論 / フォノン計算

研究概要

本研究は、高い熱伝導物質の探索を目指し、様々な物質の熱伝導度の理論予測を可能とすべく、フォノン間相互作用の第一原理計算を確立することを目的としたものである。
平成13〜15年度の研究の結果、まず基本的フォノンの第一原理計算法を確立しプログラムコード化した。その段階のプログラムは非常に汎用性のあるものであるので「Osaka2002_nano」という名で一般公開し誰でも利用できるようにした。
さらにフォノン間相互作用の効果を見るため、構造の圧力依存性、熱膨張係数の評価を行えるようにした。そしてこれらから求まるフォノンの非調和効果から、フォノン寿命を求める手続きについてはモデル計算で良く実証してきており、ほぼ第一原理計算からの手続きもその経験に基づき実行できる見通しを付けた。しかし更なるフォノンの詳細、特にゾーン全体での分散を十分な解像度で行うための線形応答理論の利用に関してはまだ達成されていないことが今後の課題である。
一方、分子動力学シミュレーションにより原子位置や速度の時間相関関数より、輸送係数を評価する方法も第一原理計算で実行可能なレベルまで発展させてきた。但しこれに関しては時間、空間的スケールの点で十分な精度を持っものとはなっていないのが今後の課題である。
そしていくつかの興味ある物質に対してフォノン、及びフォノン間相互作用を計算し、フォノン寿命などの評価を行い、それらが第一原理計算で十分予測可能なものであることを実証してきた。

研究成果

• [文献書誌] H.Fujita, K.Shirai, H.Katayama-Yoshida: "Elastic Properties and Pressure-induced Phase Transitions of BNs"Inst.Phys.Conf.Ser.. 170. 617-622 (2002)
• [文献書誌] K.Shirai, H.Katayama-Yoshida: "Development and Applications of an Ab-initio Molecular Dynamics"Solid State Physics(in Japanese). 37. 521-525 (2002)
• [文献書誌] Y.Yamazaki, K.Shirai, H.Katayama-Yoshida: "Mechanism of suppression of light-induced degradation in amorphous silicon by CN treatment"Proc.26th Int.Conf.Phys.Semicond., Edinburgh 2002, eds.A.R.Long and J.H.Davies, IOP Conf.. 171. L.3.6 (2002)
• [文献書誌] A.Masago, K.Shirai, H.Katayama-Yoshida: "The electronic structure of β-boron and the pressure dependence"Proc.26th Int.Conf.Phys.Semicond., Edinburgh 2002, eds.A.R.Long and J.H.Davies, IOP Conf.. 171. D210 (2002)
• [文献書誌] K.Shirai, H.Fujita, H.Katayama-Yoshida: "Pressure-induced phase transitions of BNs"Physica Status Solidi (b). 235. 526-530 (2003)
• [文献書誌] K.Shirai, Y.Yamazaki, H.Katayama-Yoshida: "Nano-scale Control of Light-Induced Degradation in Amorphous Silicon"Proc.the 2003 Nanotechnology Conference and Trade Show, San Francisco 2003. 12-15 (2003)
• [文献書誌] Y.Yamazaki, K.Shirai, H.Katayama-Yoshida: "A Structural study of CN treated amorphous silicon"Solid State Commun. 126. 597-600 (2003)
• [文献書誌] K.Shirai, H.Fujita, H Katayama-Yoshida: "Pressure-induced phase transitions of BN"The 6^<th> Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations (Tsukuba, Nov.10-12, 2003). 62 (2003)