電子-フォノン輸送方程式の同時非線形解法の開発とメゾ構造材料への応用

电子声子输运方程联立非线性求解方法的发展及其在介观结构材料中的应用

• 批准号: 12J03080
• 负责人: 正尾 裕輔
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J03080/
• 关键词: 熱電変換; Boltzmann輸送方程式; フォノン; 電子; 超格子; ナノスケール熱伝導; 格子動力学法

本年度は以下の3項目の達成に目標を置き, 研究を実施した :①電子・フォノンそれぞれのBoltzmann輸送方程式(BTE)の連立解法の開発②原子グリーン関数(AGF)法を用いたフォノンの透過係数の計算とそのBTEへの組み込み③トポロジー最適化を用いたメゾ構造材料の最適設計これらは熱電変換素子の最適設計を, 数値シミュレーションを用いて行うことを目的としている. 高い性能効率を持つ熱電変換素子を作成するためには, 素子内部に熱流のみを阻害する構造を持たせる必要があり, それはフォノンと電子の平均自由行程の中間スケールであると知られている. このスケールの構造を持つ材料を本研究では「メゾ構造体」と呼び, その代表例には超格子構造が挙げられる. メゾ構造材料の代表長さはナノスケールのオーダーになり, 材料中の熱流と電流の流れを知るための実験的研究は困難を極める. また, これらの流れは拡散方程式の適用範囲外に及ぶため, BTEに基づく数値シミュレーション手法の確立は大きな意義があるといえる.

This year, the following three projects were set up and implemented: (1) the development of the continuous solution of the Boltzmann transport equation (BTE) based on the electron transfer equation;(2) the calculation of the transmission coefficient of the electron transfer equation based on the atomic separation factor (AGF) method; and (3) the optimal design of the structural material based on the optimal design of the thermoelectric converter. High performance, high efficiency, high temperature, high This paper presents a typical example of superlattice structure. The representative of structural materials is very difficult to understand the heat flow and current flow in materials. In addition to the above, the BTE method is used to determine the value of the equation.

项目成果

ボルツマン輸送方程式に基づく固体中のエネルギー輸送解析

基于玻尔兹曼输运方程的固体能量输运分析

• 发表时间: 2013
• 作者: Mariko Sasaki;Sam E. Tischfield;Megan van Overbeek;Scott Keeney;佐々木 真理子;佐々木 真理子;佐々木 真理子;三友 秀之・堀江 健太・王 国慶・松尾 保孝・新倉 謙一・谷 武晴・納谷 昌之・居城 邦治;王国慶;居城 邦治・王 国慶・石川 綾子・松尾 保孝・新倉 謙一・三友 秀之;王国慶;正尾・Jain・ Larkin・McGauhey・松本;倉田・今西・正尾・松本
• 通讯作者: 倉田・今西・正尾・松本

Numerical optimization of microscale structure for thermoelectric generator

温差发电机微尺度结构的数值优化

• 发表时间: 2012
• 作者: M. Matsumoto;Y. Masao;H. Imanishi;T. Shindo ;T. Yamada;K. Izui;S. Nishiwaki
• 通讯作者: S. Nishiwaki

Development of a simultaneous simulation method for phonons and electrons

声子和电子同步模拟方法的开发

• 发表时间: 2013
• 作者: Masao;Imanishi;Matsumoto
• 通讯作者: Matsumoto

LD-BTE計算によるフォノンダイナミクス・シミュレーション

使用 LD-BTE 计算进行声子动力学模拟

• 发表时间: 2013
• 作者: Mariko Sasaki;Sam E. Tischfield;Megan van Overbeek;Scott Keeney;佐々木 真理子;佐々木 真理子;佐々木 真理子;三友 秀之・堀江 健太・王 国慶・松尾 保孝・新倉 謙一・谷 武晴・納谷 昌之・居城 邦治;王国慶;居城 邦治・王 国慶・石川 綾子・松尾 保孝・新倉 謙一・三友 秀之;王国慶;正尾・Jain・ Larkin・McGauhey・松本
• 通讯作者: 正尾・Jain・ Larkin・McGauhey・松本