SPring-8, the large synchrotron radiation facility

Speaker : Junichiro Shiomi

Language : Japanese

Affiliation : 東京大学大学院工学系研究科　准教授

Title : ナノスケールや界面における熱フォノン輸送　〜微視的な解析、測定、およびマテリアルズ・インフォマティクスへの展開〜

Abstract :
　熱エネルギーを適切な時間と空間に移す技術は、廃熱利用、環境発電、電子や光デバイスの熱マネージメントなどにおいて重要である。システムと材料の開発が一体となったアプローチが必要となる中で、優れた熱エネルギー輸送、蓄熱、変換性能を有する材料の開発が急務である。固体中の格子熱（フォノン）伝導性能は重要な熱機能の1つであり、熱エネルギー輸送はもとより、蓄熱における放熱・再生速度や、熱電変換における温度勾配（キャリアの駆動力）を決定する。一方で、熱伝導はその拡散性の強さから、他のエネルギー形態（光、電子）の伝導と比較して制御性が大幅に劣る。
熱工学分野では、固体の格子熱伝導の制御（フォノンエンジニアリング）を目的として、新しい材料や機構の研究が盛んに行われており、ナノドット、ナノチューブ、ナノワイヤー、超格子などのナノ構造で発現するフォノンの界面散乱、干渉・共鳴、散乱抑制などの様々な物理が広く議論されている。それらをさらに拡充するためには、構造とフォノン輸送の因果関係を評価する技術が必要不可欠であり、近年様々な技術の開発が進んでいる。例えば、非調和フォノンの第一原理計算技術が発展し、特異な非調和性を有する材料の同定や、その熱伝導率へのインパクトを評価できるようになった^[1]。加えて、緩和長、散乱位相空間、界面透過関数などの計算により、フォノン輸送の微視的かつ多角的な理解・評価が可能となっている。一方、測定技術においては、熱伝導率や分散関係の計測に加えて、ポンププローブ法の発展により、フォノンの平均自由行程や界面透過の評価がでるようになってきた^[2]。さらに、これらを練成したマルチスケール解析による現実的な構造や材料の取り扱い^[3]や、インフォマティクスの最適化手法を取り入れて構造や材料探索を加速させるマテリアルズ・インフォマティクス^[4]も進んでおり、本公演ではこれらの技術について最近の成果を中心に紹介する。

[1] J. Shiomi, et al., Phys. Rev. B 84, 104302 (2011); T. Shiga, et al., Phys. Rev. B 85, 155203 (2012).
[2] T. Oyake, et al., Appl. Phys. Lett. 106, 073102 (2015); M. Sakata, et al., Nano energy 13, 601 (2015).
[3] T. Hori, et al., Appl. Phys. Lett. 104, 021915 (2014); T. Hori, et al., Appl. Phys. Lett. 106, 171901 (2015). A. Miura, et al., ACS Appl. Mater. Interfaces 7, 13484 (2015).
[4] S. Ju, et al. (submitted)

Organizer : Mizumaki Masaichiro
Mail : mizumaki@spring8.or.jp
PHS : 3870