Active thermal transport control by carrier tuning in van der Waals materials

本年度は国際共同研究を進める熱計測手法を中心に活動を実施した。ナノ厚さの原子層材料に対する異方性熱伝導率計測手法である周波数領域サーモリフレクタンス法の開発を引き続き実施した。光学系と測定系を改良することにより150MHzまでの高周波領域におけるレーザー加熱システムを構築することができた。通常のpump-probe光の周波数領域サーモリフレクタンス法だけでなく、ヘテロダインによる差周波による計測系とすることで、これまで20MHz以上の高周波加熱によるS/N比低下の問題を回避しつつ、より高周波での計測ができるシステムを構築することができた。構築したシステムを熱伝導率が既知の材料(酸化シリコン、酸化アルミニウム、シリコン、ダイヤモンド)に対して熱計測を行い、その有効性を確認することができた。さらに周波数領域サーモリフレクタンス計測で表面にAuをトランスデューサー層として用いる必要があったが、Auの熱伝導率が高いが故に低熱伝導率材料に対する計測感度が低い課題があった。そこで、表面のトランスデューサー層をパターニングすることで金属を伝わる伝熱を抑制し、結果として従来と比べて低熱伝導材料の測定が可能となった。開発した本システムはガラスなどの等方的な低熱伝導率材料だけでなく異方性材料も測定可能である。さらに考案した本システムを応用することで、材料の局所加熱と温度計測が可能であることを見出した。現在、このシステムを用いて材料の熱伝導率計測や局所加熱による熱輸送の非定常現象を観測するシステムを構築中である。

本年度は国際共同研究を進める熱計測手法を中心に活動を実施した。ナノ厚さの原子層材料に対する異方性熱伝導率計測手法である周波数領域サーモリフレクタンス法の開発を引き続き実施した。光学系と測定系を改良することにより150MHzまでの高周波領域におけるレーザー加熱システムを構築することができた。通常のpump-probe光の周波数領域サーモリフレクタンス法だけでなく、ヘテロダインによる差周波による計測系とすることで、これまで20MHz以上の高周波加熱によるS/N比低下の問題を回避しつつ、より高周波での計測ができるシステムを構築することができた。構築したシステムを熱伝導率が既知の材料(酸化シリコン、酸化アルミニウム、シリコン、ダイヤモンド)に対して熱計測を行い、その有効性を確認することができた。さらに周波数領域サーモリフレクタンス計測で表面にAuをトランスデューサー層として用いる必要があったが、Auの熱伝導率が高いが故に低熱伝導率材料に対する計測感度が低い課題があった。そこで、表面のトランスデューサー層をパターニングすることで金属を伝わる伝熱を抑制し、結果として従来と比べて低熱伝導材料の測定が可能となった。開発した本システムはガラスなどの等方的な低熱伝導率材料だけでなく異方性材料も測定可能である。さらに考案した本システムを応用することで、材料の局所加熱と温度計測が可能であることを見出した。現在、このシステムを用いて材料の熱伝導率計測や局所加熱による熱輸送の非定常現象を観測するシステムを構築中である。