フォノニック結晶を利用した高効率熱電変換素子の設計

使用声子晶体的高效热电转换元件的设计

• 批准号: 12750002
• 负责人: 田中 之博
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12750002/
• 关键词: フォノニック結晶; フォノン; 熱伝導率; 分子動力学法; フォノン集束効果; 熱伝導度; FDTD法; フォノン波束; 表面フォノン

本年度は主に次の2つの系についての理論的研究をおこなった。一つは回転させた2つのバルク結晶を一つの界面で結合させたフォノニック結晶、もう一つは、昨年に引き続き、一次元フォノニック結晶である。前者の系では、モンテ・カルロシミュレーションに基づく方法を用いて、その系をバリスティックに伝導するフォノンの集束パターンが、単なる二つのバルク結晶おける集束パターンの重ね合わせではなく、フォノンのモード変換に伴う複雑な集束パターンを形成することを示した。フォノン集束効果はフォノンの群速度と密接に関係があり、その系のエネルギー伝播(熱伝導現象)を明らかにするのに重要な因子である。後者の一次元フォノニック結晶においては、分子動力学法に基づいて、フォノニック結晶の各界面に垂直な方向に伝播するフォノンをシミュレートすることによって、熱伝導率の計算をおこなった。結晶構造は、最近行われた実験で用いられた系をモデル化したGaAsとAlAsを各格子点に配置した面心立方格子構造で近似し、非調和項として三次と四次の項を取り入れた。結果として、実験で観測された垂直熱伝導率の異常な低下は、非調和項によるフォノン-フォノン散乱のみでは再現できなかった。しかし、実験で生じうる界面のランダムな乱れを導入することにより、熱伝導率の異常な低下を理論的に再現することができ、そのフォノニック結晶の周期長依存性や温度依存性も半定量的に再現することができた。よって、一次元フォノニック結晶における垂直熱伝導率の異常な低下は、界面のランダムな乱れが主な原因であることを明らかにした。

This year, the <s:1> main に session <s:1> 2 is the research on the theory of に に て て て て <e:1> なった. Planning a つ は back さ せ た 2 つ の バ ル ク crystallization を a つ で の interface combination さ せ た フ ォ ノ ニ ッ ク crystallization, も う a つ は, yesterday に lead き 続 き, a yuan フ ォ ノ ニ ッ ク crystallization で あ る. , the former department of の で は, モ ン テ カ ル ロ シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に base づ を く method with い て, そ の is を バ リ ス テ ィ ッ ク に 伝 guide す る フ ォ ノ ン の cluster パ タ ー ン が, 単 な る two つ の バ ル ク crystallization お け る cluster パ タ ー ン の heavy ね close わ せ で は な く, フ ォ ノ ン の モ ー ド variations in に with う complex 雑 な cluster パ タ ー ン を form す る Youdaoplaceholder0 とを shows た. フ ォ ノ ン cluster services fruit は フ ォ ノ ン の group velocity と contact に masato is が あ り, そ の is の エ ネ ル ギ ー 伝 seeding (hot 伝 guide) を Ming ら か に す る の に important factor な で あ る. The latter の a yuan フ ォ ノ ニ ッ ク crystallization に お い て は, molecular dynamics method に base づ い て, フ ォ ノ ニ ッ ク crystallization の surface に に な vertical direction from all walks of life 伝 sowing す る フ ォ ノ ン を シ ミ ュ レ ー ト す る こ と に よ っ て, hot 伝 conductivity の calculation を お こ な っ た. Crystal structure は, recently わ れ た be 験 で with い ら れ た department を モ デ ル change し た GaAs と AlAs を に at each grid point configuration し た で approximate し face-centered cubic lattice structure, non-harmonic と し て three と を take り の items into the four れ た. Results と し て, be 験 で 観 measuring さ れ た vertical heat 伝 conductivity の anomaly low な は, non-harmonic に よ る フ ォ ノ ン - フ ォ ノ ン scattered の み で は reappearance で き な か っ た. Born し か し, be 験 で じ う る interface の ラ ン ダ ム な disorderly れ を import す る こ と に よ り, hot 伝 conductivity の unusually low な を theory に reappearance す る こ と が で き, そ の フ ォ ノ ニ ッ ク crystallization の cycle is long dependence や temperature dependency も semiquantitative に reappearance す る こ と が で き た. よ っ て, a yuan フ ォ ノ ニ ッ ク crystallization に お け る vertical heat 伝 conductivity の anomaly low な は, interface の ラ ン ダ ム な disorderly れ が main な reason で あ る こ と を Ming ら か に し た.

项目成果

H.OBATA: "Symmetry of phonon transmission and reflection images in(111)-oriented cubic crystals"PHYSICAL REVIEW B. 64. 115430-115438 (2001)

H.OBATA：“（111）取向立方晶体中声子传输和反射图像的对称性”物理评论 B.64.115430-115438（2001）

M.NARITA: "Ultrasound focusing images in superlattices"J.Phys.:Condens.Matter. 14. 1709-1722 (2002)

M.NARITA：“超晶格中的超声聚焦图像”J.Phys.：Condens.Matter。

Y.Tanaka: "Band structure of acoustic waves in phononic lattices : Two-dimensional composites with large acoustic mismatch"PHYSICAL REVIEW B. 62. 7387-7392 (2000)

Y.Tanaka：“声子晶格中声波的能带结构：具有大声学失配的二维复合材料”物理评论 B. 62. 7387-7392 (2000)

K.Imamura: "Phonon-pactek propagation through solid-liquid interfaces : resonant effects in the presence of a superlattice"J.Phys. : Condens.Matter. 12. 9843-9855 (2000)

K.Imamura：“通过固液界面的声子-pactek 传播：超晶格存在下的共振效应”J.Phys。