| 研究課題/領域番号 |
15H03523
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| 研究機関 | 東京理科大学 |
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研究代表者 |
山本 貴博 東京理科大学, 工学部教養, 准教授 (30408695)
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| 研究分担者 |
相馬 聡文 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (20432560)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | ナノスケール熱制御 / ナノ材料 / 物性理論 / 計算物質科学 |
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| 研究実績の概要 |
項目１（ナノ構造レベルで発熱・放熱制御されたナノデバイスの創成）では、グラフェンの引張に対する熱物性の変調について、第一原理計算により調べた。グラフェンを引張ることにより、フォノン分散関係が大きく変化することを見出し、その結果、比熱の低温での温度依存性が線形から放物型に変化することがわかった。また、グラフェンの歪み誘起擬似磁場効果を利用した電界効果型トランジスタの特性をより詳細に明らかにするため、非平衡グリーン関数法に加え、時間依存波束伝播法を用いたシミュレーションをも用いる事により、歪みグラフェンにおける電子伝播の視覚的理解を推し進めた。歪みの不均一性が電子伝播に与える影響についても系統的に明らかにした。
項目２（新規な熱電変換機構の探索と低温熱電発電を実現するナノ材料の創成）では、多層黒リンの機械的な引張変形に対する熱電特性の変化について、第一原理計算により調べた。その結果，引張に応じて熱電パワーファクターが増大することがわかった。また、久保理論に基づく線形応答理論を用いて、不純物ドープされたカーボンナノチューブの熱電物性を評価し、最適なキャリアドープ量を見積もることに成功した。熱電特性の最適化には、適切な量のキャリアドープが必要である。本研究では、フレキシブル熱電材料と有機強誘電材料のハイブリッド構造を創ることで、分極効果により熱電材料へキャリアを注入できることを計算機シミュレーションにより定量評価し、実験グループと連携することで、実験的に検証も行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
項目1と項目２ともに計画通り進んでいる。項目１では、グラフェンの歪み誘起擬似磁場効果を利用した電界効果型トランジスタの可能性を明らかにする上で、非平衡グリーン関数法を用いたシミュレーションによりデバイス特性を明らかにするとともに、歪みグラフェン自体の固有の移動度についても、モンテカルロ法を用いる事により解明しつつある。項目2では、ナノ材料に固有の熱電変換機構として，原子層材料の単層・多層黒リンにおいて機械的な構造変形に伴い熱電特性が向上することを明らかにした。
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| 今後の研究の推進方策 |
項目１では、グラフェンにおける擬似磁場効果の可能性を更に推し進めるため、本研究で開発している時間依存波束伝播法や時間依存開放系シュレーディンガー方程式を用いる事により、グラフェンに光を照射する事による新規電気伝導制御機構やそれを用いた新規デバイスの探索を行い、超低消費電力を実現するナノデバイスの設計指針を構築する。
項目２では、これまで主としてグラフェンナノリボンや原子層材料の熱電特性を調べてきたが、今年度はPEDOT/PSSやカーボンナノチューブなどの熱電特性を最適化するとともに、フレキシブル熱電材料の設計指針の構築を行う。
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