ナノスケール系の熱伝導現象の理論

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本研究の目的は、原子レベルからの熱伝導計算シミュレーションを行い、ナノスケール熱伝導現象の包括的な理解を得ることである。そのため、前年度は熱伝導における原子種、原子構造の影響解明、第一原理計算を用いた精密熱伝導度計算手法開発を行った。本年度は前年度に続き、温度、長さ依存性を持った熱伝導度計算手法開発を行った。特に① フォノン-フォノン散乱がもたらすフォノン寿命計算手法開発3次非調和項が系のフォノンにもたらすフォノン寿命を計算する手法を開発した。一般的な系に対して、3次非調和項を摂動項としてフェルミの黄金律を適用し、あるフォノン始状態がどのような寿命を持つのかを定量的に計算する手法を開発した。この手法をバルクシリコン、バルクアルミニウムに対して適用し、両物質のフォノン寿命を計算した。② フォノン-フォノン散乱の自己エネルギー計算手法開発フォノン寿命がフォノン-フォノン散乱の自己エネルギーの虚部であり、これをヒルベルト変換することによって自己エネルギーの実部を求めることが出来る。この手法をバルクシリコン、バルクアルミニウムに対して適用し、両物質のフォノン-フォノン散乱の自己エネルギーを計算した。③ フォノン-フォノン散乱を含んだ熱伝導度計算手法開発フォノン-フォノン散乱の自己エネルギーは系の温度によって変化する。また、系の熱伝導方向に対する長さによっても透過係数が変化するため、温度及び長さ毎に熱伝導度計算を行える手法を開発した。この手法をバルクシリコンに対して適用し、フォノン寿命、フォノン平均自由行程、熱伝導度の温度依存性、長さ依存性を得た。を行った。