| 研究課題/領域番号 |
19H01840
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| 研究機関 | 学習院大学 |
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研究代表者 |
町田 洋 学習院大学, 理学部, 教授 (40514740)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | フォノン / グラファイト |
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| 研究実績の概要 |
一昨年度我々はグラファイトにおけるグラフェン層の積層方向の厚さを薄くすると、フォノンの流体的性質が顕著になるとともに、室温付近の熱伝導率が上昇することを見出した。現時点で熱伝導率上昇の機構は不明であるため、本年度はその原因を明らかにすることを目的に研究を行った。機構を探るべく、まずは様々な条件下でグラファイト試料の厚さを変え、それらの熱伝導率測定を行った。その結果、測定を行った試料の中には従来のように薄くすることで熱伝導率が上昇するだけでなく、熱伝導率が室温から温度を下げると発散的に増大し、100K程度で極めて大きな値をとる試料が存在することが分かった。さらにこのような異常な振る舞いを示す試料と示さない試料の間にどのような違いがあるのかラマン分光を用いて調べたところ、特定のラマンシフトに明確な違いがあることが分かった。このことから両者に結晶の構造的な違いとそれによるフォノンの振動数に違いが存在することが明らかになった。
次年度は、試料にこのような構造的変化をもたらす要因を特定することを目指す。また特定された要因に基づいて、人為的に構造変化を引き起こした場合に熱伝導率の温度変化や大きさに影響を及ぼすか検証を行う。さらに構造変化によってフォノン分散が変更を受け、フォノン―フォノン散乱における正常散乱の散乱位相空間が増大していることを第一原理計算を通じて実証し、実験で観測されているフォノンの流体的性質の顕在化について理論的後ろ盾を得ることを目指す。
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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
グラファイト試料内には僅かに構造的違いがある試料が存在することをラマン分光測定から明らかにすることができた。またこの構造的違いは降温に伴う熱伝導率の急峻な増加のみならず、熱伝導率の大きさにも多大なる影響を及ぼしていることを明らかにした。
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| 今後の研究の推進方策 |
グラファイト試料に構造的変化をもたらす要因を特定することを目指す。また特定された要因に基づいて、人為的に構造変化を引き起こした場合に熱伝導率の温度変化や大きさに影響を及ぼすか検証を行う。さらに構造変化によってフォノン分散が変更を受け、フォノン―フォノン散乱における正常散乱の散乱位相空間が増大していることを第一原理計算を通じて実証し、実験で観測されているフォノンの流体的性質に顕在化について理論的後ろ盾を得ることを目指す。
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