研究課題
前年度までに開発したフォノン、電子/マグノンの複合輸送系のマルチスケール・モンテカルロ法シミュレータを用いて、電子とフォノンの非平衡性の界面熱輸送への影響について理解を深めた。簡単な半導体デバイス系に適用しており、電子デバイスの熱マネージメントにある程度役立つレベルには達しているが、金属・絶縁体（半導体）界面近傍の電子・フォノンの非平衡性に関する学術的な知見を得るために、拡散方程式に基づいた経験的な汎用モデルである２温度モデルによって得られる温度分布との有意な差を定量化した。それによって、界面近傍の熱輸送の定量化にはモンテカルロ計算が必要であることを示す一方で、サイズ効果を考慮した実効的な物性を経験的に求めて２温度モデルに入力することで補正が可能であることも分かった。これによって利便性の高い現象論的な表現によって電子・フォノンの非平衡性を定量的に考慮できる可能性が示された。金属・絶縁体界面近傍における電子・フォノンの非平衡性によって付加される熱抵抗を実験的に評価するべく、金属絶縁体超格子構造の熱伝導率とその温度依存性を計測した。絶縁体側の材料には酸化モリブデンを採用し、金属側には電子・フォノン相互作用が比較的弱い金と、比較的強いタンタルの２種類を採用した。超格子の各層の膜厚も含めて、電子・フォノン非平衡性の異なる様々な試料の熱伝導率をモデル計算も交えて系統的に比較評価した結果、電子・フォノン相互作用が強い系において熱伝導率が有意に低減され、それが非平衡性によって生じていることが明らかになった。並行して、フォノン・電子の結合現象のポンプ・プローブ計測の実施・実証の一環とし、ゼーベック係数のポンプ・プローブ計測を行った。半導体試料表面にマイクロ加工で試料に電極を作りこみ、ポンプレーザで周期的に加熱しながら、電圧出力を電気的にプローブすることで計測を実現した。
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 3件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件) 備考 (1件)
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http://www.phonon.t.u-tokyo.ac.jp
