Developing Science of Amorphous Phonon Engineering

非晶声子工程科学的发展

基本信息

批准号：
22H00191
负责人：
塩見淳一郎
金额：
$ 27.79万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H00191/
关键词：
フォノンエンジニアリング非晶質熱輸送ナノ構造

项目摘要

本研究では、これからの熱工学における重要な学術的な課題の１つとして「非晶質の熱輸送の学理の構築および、その工学的応用」を目標に掲げた。これまで結晶系で行ってきたナノ構造作製、ナノスケール熱計測、分子シミュレーションなどの技術が役に立つ一方で、非周期で不秩序な格子振動をどのように表現し評価するかが大きなチャレンジとなり、新たな理論体系、作製・計測手法の導入が不可欠となる。そのために、様々なクラスの非晶質ナノ構造の合成、微細構造解析、ナノスケール熱伝導測定、分子シミュレーションを組わせて新たな特徴量や相関を抽出し、非弾性散乱実験による非晶質中のフォノンの直接観察を通じて非晶質ナノ構造での伝搬や散乱の様式を明らかにし、非晶質系における熱輸送の新しい理論モデルおよび学理を構築することを目指した。本年度は、非晶質超格子構造などの非晶質ナノ構造の作製を行い、熱キャリアの界面散乱（透過・反射）、表面散乱（反射）、構造の周期性による干渉効果などを検証するべく、組成や幾何学あるいは成膜条件などのプロセスパラメータを変えたナノ構造試料の作製、電子顕微鏡観察による構造解析、時間領域や周波数領域のサーモリフレクタンス法による熱伝導率評価、特徴量を抽出のための分子シミュレーション、非弾性X線散乱によるフォノンの直接観察などを計画していたが、基盤Sに採択されたことで、本基盤Aの研究実施期間が1ヶ月未満となったため、本研究としては、上記の項目の準備を行ったところで終了した。例えば、ナノ構造作製前のテストとして、基板にアモルファス均一膜を作製して電子顕微鏡観察や熱伝導率測定をするなどした。また、分子動力学シミュレーションで、メルトクエンチ法により均一構造を作り、平衡あるいは非平衡分子動力学法による計算を行った。

这项研究设定了“构建非晶热传输理论及其工程应用理论”，成为未来热力学工程中重要的学术问题之一。虽然在晶体系统中进行的纳米结构制造，纳米级热测量和分子模拟等技术是有用的，但如何表达和评估非周期性和无序的晶格振动将成为主要的挑战，并且引入了新的理论系统，制造和测量方法，将变得无处不在。为此，我们的目的是通过结合各种类别的无定形纳米结构的合成，微结构分析，纳米级的导热率测量和分子模拟，并阐明在不形成纳米结构中使用异常的纳米构造实验，并阐明非代纳米结构中的传播和散射模型，从而提取新的特征和相关性。在无定形系统中运输。 This year, we were planning to fabricate amorphous nanostructures such as amorphous superlattice structures, and to verify the interfacial scattering (transmission and reflection), surface scattering (reflection), and interference effects due to periodicity of the structure, we were planning to fabricate nanostructured samples with different process parameters such as composition, geometry, or film formation conditions, structural analysis using electron microscopy, evaluation在时间和频域中使用热心型，分子模拟提取特征量以及使用无弹性X射线散射直接观察声子的热导率的导热率。但是，由于基本S的申请少于一个月，因此在准备上述项目时完成了基础A的研究期。例如，作为在制备纳米结构之前的测试，在底物上制造了无定形均匀膜，并通过电子显微镜和热导率测量进行了观察。此外，在分子动力学模拟中使用熔体淬灭法创建了均匀的结构，并使用平衡或非平衡分子动力学方法进行了计算。