アモルファス構造における熱伝導現象の解明と制御

2019 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18K13697
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分19020:熱工学関連
• 研究機関: 東京農工大学 (2019); 東京理科大学 (2018)
• 研究代表者: 堀 琢磨 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50791513)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 熱伝導 / アモルファス / 分子動力学

研究成果の概要

アモルファス構造における熱伝導現象の解明と制御に向けて，結晶材料内の固有振動モード間の相互作用を評価する手法を開発し，一般的に用いられる平衡状態を仮定する緩和時間近似を検証した．シミュレーションには，分子同士の相互作用によって生じる分子の軌跡の時間発展を解く方法である分子動力学法を用いた．この手法により，振動モードのうちの一つを励起させ，その緩和過程を評価することで緩和時間を求めた．この結果，平衡状態を仮定して緩和時間を求める先行研究の結果と概ね一致したが，数割の差が生まれることが明らかになった．したがって，極度に非平衡性が強い系においては緩和時間近似に修正を加える必要があることがわかった．

自由記述の分野

熱工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

近年の半導体デバイスの発展に伴い，コンピュータなどの情報機器の小型化や高性能化が進む一方で，排熱の問題がより深刻になっている．特に微細な構造における伝熱現象を明らかにするためにはフォノンの輸送問題を扱わなければならない．しかし，極めて温度差が小さい場合の解析は進む一方で，温度差が大きい，すなわち非平衡性が強い場合のフォノンの緩和現象は明らかになっていない．本研究によって，フォノンの緩和過程は非平衡性が大きい場合と平衡時で概ね一致するが，緩和時間が短くなることが分かった．