カーボンナノチューブの熱伝導に関する理論的研究

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19710083
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: ナノ構造科学
• 研究機関: 東京大学 (2008-2009); 東京理科大学 (2007)
• 研究代表者: 山本 貴博 東京大学, 大学院・理工学研究科, 助教 (30408695)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2009
• キーワード: ナノチューブ・フラーレン / 物性理論 / 熱工学 / 計算物理

研究概要

次世代ナノ電子デバイス開発に向けて,デバイスの発熱と放熱は最重要課題の1つである.本研究では,高効率な放熱材料として期待されているカーボンナノチューブの熱伝導特性の理論およびシミュレーション研究を遂行した。本研究の主な成果は,(1)不純物や欠陥などによる熱伝導率の低下とそのメカニズムの解明,(2)湾曲変形に対して強靭な高熱伝導性,(3)マイクロメートル長ナノチューブの準バリスティック熱伝導,(4)サブミクロン長のナノチューブ熱伝導シミュレーションのためのシミュレーション手法開発である。

研究成果

• [雑誌論文] Bending Robustness of Thermal Conductance of Carbon Nanotubes: Nonequilibrium Molecular Dynamics Simulation (2009)
  • 著者名/発表者名: F. Nishimura, T. Takahashi, T. Yamamoto, K. Watanabe
  • 雑誌名: Applied Physics Express Vol.2 ページ: 035003-1-035003-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] カーボンナノチューブの熱伝導シミュレーション (2009)
  • 著者名/発表者名: 山本貴博, 塩見淳一郎
  • 雑誌名: 日本金属学会誌 Vol.73 ページ: 583-588
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crossover from Ballistic to Diffusive Thermal Transport in Carbon Nanotubes (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Yamamoto, S. Konabe, J. Shiomi, S. Maruyama
  • 雑誌名: Applied Physics Express Vol.2 ページ: 095003-1-095003-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Defect-induced circulating thermal current in graphene with nanosized width (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Morooka, T. Yamamoto, K. Watanabe
  • 雑誌名: Physical Review B Vol.77 ページ: 033412-1-033412-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Current-Induced Forces in Conducting and Semiconducting Carbon Nanotubes (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Girard, T. Yamamoto, K. Watanabe
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series Vol.100 ページ: 052063-1-052063-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical Simulation of the Electronic Transport in Graphene Nano-Ribbon Devices (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Satofumi, T. Yamamoto, K. Watanabe
  • 雑誌名: Journal of Computational Electronics Vol.7 ページ: 390-393
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin-Polarized Current Induced by Adatoms in Metallic Carbon Nanotubes (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Girard, T. Yamamoto, K. Watanabe
  • 雑誌名: e-Journal of Surface Science and Nanotechnology Vol.6 ページ: 157-160
  • 査読あり
• [雑誌論文] Using Thermal Gradients for Actuation in the Nanoscale (2008)
  • 著者名/発表者名: E.R. Hernandez, R. Rurali, A. Barreiro, A. Bachtold, T. Takahashi, T. Yamamoto, K. Watanabe
  • 雑誌名: UTAM Symposium on Modelling Nanomaterials and Nanosystems Vol.13 ページ: 141-150
  • 査読あり
• [雑誌論文] カーボンナノチューブの量子化熱伝導度 (2007)
  • 著者名/発表者名: 山本貴博, 渡辺一之, 渡邉聡
  • 雑誌名: 日本物理学会誌 42巻 ページ: 355-359
  • 査読あり
• [雑誌論文] カーボンナノチューブの熱輸送 (2007)
  • 著者名/発表者名: 山本貴博, 渡辺一之, 渡邉聡
  • 雑誌名: 固体物理 42巻 ページ: 21-34
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of electron- and phonon-derived thermal transport in carbon nanotubes (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Yamamoto, Y. Nakazawa, K. Watanabe
  • 雑誌名: New Journal of Physics Vol.9 ページ: 245-1-245-11
  • 査読あり
• [学会発表] カーボンナノチューブ熱伝導シミュレーションの最近の進展 (2009)
  • 著者名/発表者名: 山本貴博
  • 学会等名: 日本熱物性学会「マイクロ・ナノスケールの熱物性とシステムデザイン」
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-12-11
• [学会発表] Molecular-dynamics simulations on heat transport in carbon nano-structures under non-reflecting boundary conditions (2009)
  • 著者名/発表者名: D.A. Thomas, T. Yamamoto, S. Watanabe
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本
  • 年月日: 2009-09-26
• [学会発表] カーボンナノチューブ熱伝導のバリスティック-拡散クロスオーバー (2009)
  • 著者名/発表者名: 山本貴博
  • 学会等名: ナノ学会第7回大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-05-09
• [学会発表] 非平衡分子動力学法によるピーポッドと多層カーボンナノチューブの熱伝導度計算 (2009)
  • 著者名/発表者名: 西村史生, 山本貴博, 渡辺一之
  • 学会等名: 日本物理学会、第64回年会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-03-29
• [学会発表] Molecular-Dynamics Simulations on Carbon-Nanotube Phonon Fiber (2009)
  • 著者名/発表者名: 山本貴博, 西村史生, 高橋徹, 渡辺一之
  • 学会等名: 第36回フラーレン・ナノチューブ総合シンポジウム
  • 発表場所: 愛知
  • 年月日: 2009-03-02
• [学会発表] Molecular-Dynamics Simulations on Thermal Transport in Peapod and Multi-Walled Carbon Nanotube (2009)
  • 著者名/発表者名: 西村史生, 山本貴博, 渡辺一之
  • 学会等名: 第36回フラーレン・ナノチューブ総合シンポジウム
  • 発表場所: 愛知
  • 年月日: 2009-03-02
• [学会発表] Molecular Dynamics Study of Thermal Transport in Carbon Nanotubes with Atomic Defects and Bending (2008)
  • 著者名/発表者名: F. Nishimura, T. Yamamoto, K. Watanabe
  • 学会等名: The 16th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy
  • 発表場所: 静岡
  • 年月日: 2008-12-12
• [学会発表] Photo-Induced Electronic Transport in Nitrogen-Doped Carbon Nanotubes (2008)
  • 著者名/発表者名: D. Hirai, T. Hayakawa, S. Konabe, T. Yamamoto, K. Watanabe
  • 学会等名: The 16th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy
  • 発表場所: 静岡
  • 年月日: 2008-12-11
• [学会発表] Photoconductance of Carbon Nanotubes: NEGF+DFT Calculations (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Hayakawa, T. Yamamoto, K. Watanabe
  • 学会等名: International Symposium on Surface Science and Nanotechnology
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2008-11-12
• [学会発表] Molecular Dynamics Simulations of Thermal Transport through van der Waals Coupling in Carbon Nanotubes (2008)
  • 著者名/発表者名: F. Nishimura, T. Yamamoto, K. Watanabe
  • 学会等名: International Symposium on Surface Science and Nanotechnology
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2008-11-12
• [学会発表] 光照射による半導体CNTの電気伝導制御 (2008)
  • 著者名/発表者名: 早川健, 山本貴博, 渡辺一之
  • 学会等名: 日本物理学会2008年秋季大会
  • 発表場所: 岩手
  • 年月日: 2008-09-23
• [学会発表] カーボンナノチューブの準弾道的フォノン熱伝導に関する現象論的アプローチ (2008)
  • 著者名/発表者名: 山本貴博, 小鍋哲, 西村史生, 渡辺一之
  • 学会等名: 日本物理学会2008年秋季大会
  • 発表場所: 岩手
  • 年月日: 2008-09-23
• [学会発表] From Coherent to Incoherent Heat Transport in Carbon Nanotubes (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Yamamoto
  • 学会等名: Transmission of Information and Energy in Nonlinear and Complex Systems 2008
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2008-06-05
• [学会発表] Phonon Wavepacket Simulations on Multi-Walled Nanotubes (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Takahashi, T. Yamamoto, K. Watanabe
  • 学会等名: Transmission of Information and Energy in Nonlinear and Complex Systems 2008
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2008-06-05
• [学会発表] Phonon Wavepacket Simulations on Multi-Walled Nanotubes Molecular-dynamics Simulations on Heat Conduction in Peapod (2008)
  • 著者名/発表者名: F. Nishimura, T. Takahashi, T. Yamamoto, K. Watanabe
  • 学会等名: Transmission of Information and Energy in Nonlinear and Complex Systems 2008
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2008-06-05
• [学会発表] 6th US-Japan Joint Seminar on Nanoscale Transport Phenomena - Science and Engineering (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Yamamoto
  • 学会等名: Transmission of Information and Energy in Nonlinear and Complex Systems 2008
  • 発表場所: Boston
  • 年月日: 2008-06-05
• [学会発表] カーボンナノチューブ研究・開発における「ブレークスルー」にいま何が必要か? (2008)
  • 著者名/発表者名: 山本貴博
  • 学会等名: はじめに、日本物理学会第63回年次大会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2008-03-23
• [学会発表] 多層カーボンナノチューブとナノピーポッドの熱伝導に関する非平衡分子動力学計算 (2008)
  • 著者名/発表者名: 西村史生, 斉田卓也、山本貴博, 渡辺一之
  • 学会等名: 日本物理学会第63回年次大会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2008-03-23
• [学会発表] 多層カーボンナノチューブの熱伝導に関する波束打ち込みシミュレーション (2008)
  • 著者名/発表者名: 高橋徹, 山本貴博, 渡辺一之
  • 学会等名: 日本物理学会第63回年次大会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2008-03-23
• [学会発表] ナノカーボン物質のフォノン輸送理論 (2008)
  • 著者名/発表者名: 山本貴博
  • 学会等名: 日本物理学会第63回年次大会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2008-03-22
• [学会発表] Phonon Wavepacket dynamics simulation on graphene nanoribbon junctions (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Takahashi, T. Yamamoto, K. Watanabe
  • 学会等名: 第33回フラーレン・ナノチューブ総合シンポジウム
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 20070711-20070713
• [学会発表] Recent Development in Thermal Transport Study of Carbon Nanotubes (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Yamamoto
  • 学会等名: 9th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2007-12-12
• [学会発表] Molecular dynamics study on interfacial resistance of graphene nanoribbon junctions (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Takahashi, T. Yamamoto, K. Watanabe
  • 学会等名: 9th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2007-12-12
• [学会発表] Polaron Effects on Transient Current Behavior of Atomic Contacts (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Yamamoto, K. Yamada, K. Watanabe
  • 学会等名: 15th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy
  • 発表場所: 静岡
  • 年月日: 2007-12-06
• [学会発表] グラフェンナノリボンのフォノン伝導に及ぼすSW欠陥の影響-非平衡グリーン関数法と波束法による解析- (2007)
  • 著者名/発表者名: 諸岡雅弘, 山本貴博, 渡辺一之
  • 学会等名: 日本物理学会2007年秋季大会
  • 発表場所: 北海道
  • 年月日: 2007-09-22
• [学会発表] 伝導計算の現状と課題:熱伝導 (2007)
  • 著者名/発表者名: 山本貴博
  • 学会等名: 大規模・高精度電子状態計算手法に関する研究会II
  • 発表場所: 茨城
  • 年月日: 2007-07-25
• [学会発表] Liouville-von Neumann equation approach to time-dependent electronic transport in molecular bridges (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Yamamoto, K. Yamada, K. Watanabe
  • 学会等名: IVC-17/ICSS-13 and ICN+T2007 congress
  • 発表場所: Stockholm
  • 年月日: 2007-07-03
• [学会発表] Ballistic Thermal Transport in Carbon Nanotubes (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Yamamoto, 他
  • 学会等名: International Symposium on Frontier in Computational Science of Nanoscale Transport
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2007-06-07
• [学会発表] Circulating Phonon Current at Zero-Transmission Dips in Defective Graphene Nanoribbons (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Morooka, T. Yamamoto, K. Watanabe
  • 学会等名: International Symposium on Frontiers in Computational Science of Nanoscale Transport
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2007-06-07
• [学会発表] Phonon wavepacket scattering simulations on graphene nanojunctions (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Takahashi, T. Yamamoto, K. Watanabe
  • 学会等名: International Symposium on Frontiers in Computational Science of Nanoscale Transport
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2007-06-07
• [図書] Mechanical Properties, Thermal Stability and Heat Transport in Carbon Nanotubes" in Carbon Nanotubes: Advanced Topics in the Synthesis, Structure, Properties and Applications, Topics in Applied Physics 111 (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Yamamoto, K. Watanabe, E.R. Hernandez
  • 総ページ数: 155-182
  • 出版者: Springer-Verlag
• [図書] "Thermal Transport of Small Systems" in Oxford Handbook of Nanoscience and Technology: Frontiers and Advances(A. Narlikar and Y. Fu (Eds. ))
  • 著者名/発表者名: T. Yamamoto, K. Watanabe, S. Watanabe
  • 出版者: Oxford University Press