モンテカルロシミュレーションによるナノ構造内のフォノン輸送解析

使用蒙特卡罗模拟进行纳米结构中的声子输运分析

• 批准号: 12J09161
• 负责人: 堀 琢磨
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J09161/
• 关键词: フォノン熱伝導; 熱電変換材料; ナノ構造; ボルツマン輸送; モンテカルロ法; 合金

本年度ではナノ多結晶構造におけるフォノンの実効的な平均自由行程を数値計算により求め，またそれにより熱伝導率への影響を考察した．ナノ構造におけるフォノンの実効的な平均自由行程を得るためには，ボルツマン輸送方程式とランダウアーの透過式から，ナノ構造へのフォノンの透過確率を求める必要がある．そこでレイトレーシング法を用いたフォノンの構造への透過シミュレーションを用い，平均自由行程の計算を行った．この方法の妥当性は理論解が明らかのあるナノワイヤにおいて確認をした．また，単純立方構造をした多結晶体，およびボロノイ図を用いたより複雑な形状をした多結晶体でシミュレーションを行った．これにより，粒径分布の広がりに伴って多結晶体中のフォノンの実効的な平均自由行程は長くなっていくことを定量的に示した．また，それらの平均自由行程の差が熱伝導率にどの程度反映されるか室温のシリコンを例に計算を行った．その結果，顕著な差は現れず，このことから熱伝導率の見積もりの際に単純立方構造による近似が有効であるという示唆を得た．

This year, the influence of thermal conductivity on the calculation of mean free path of polycrystalline structure was investigated. The average free path of the structure is obtained by the transmission equation, and the transmission accuracy of the structure is obtained by the transmission equation. The calculation of the average free path is carried out through the calculation of the average free path. The validity of this method is confirmed by the theoretical solution. The crystal structure is pure cubic, and the crystal structure is pure cubic. The average free path length of the particle size distribution in the polycrystal is shown in the quantitative analysis. The difference between the average free path and the thermal conductivity is reflected in the calculation of the temperature difference. As a result, the difference between the two is obvious, and the difference between the two is obvious.

项目成果

Effective phonon mean free path in polycrystalline nanostructures

• DOI: 10.1063/1.4918703
• 发表时间: 2015-04-27
• 期刊: APPLIED PHYSICS LETTERS
• 影响因子: 4
• 作者: Hori, Takuma;Shiomi, Junichiro;Dames, Chris
• 通讯作者: Dames, Chris

分子動力学法によるPbTel-xSex合金の格子熱伝導解析

采用分子动力学方法分析 PbTel-xSex 合金的晶格热传导

• 发表时间: 2012
• 作者: 村上拓;志賀拓麿;堀琢磨;Tian Zhiting;Esfarjani Keivan;Chen Gang;塩見淳一郎
• 通讯作者: 塩見淳一郎

Thermal Conductivity Calculation of Magnesium Silicide Alloys by lattice Dynamics and Molecular Dynamics

用晶格动力学和分子动力学计算硅化镁合金的热导率

• 发表时间: 2014
• 作者: Takuma Shiga;Takuru Murakami;Takuma Hori;Keivan Esfarjani;Junichiro Shiomi
• 通讯作者: Junichiro Shiomi

Effective mean free path prediction in nanostructures by using numerical transmission model

使用数值传输模型有效预测纳米结构中的平均自由程

• 发表时间: 2014
• 作者: Takuma Hori;Junichiro Shiomi;Chris Dames
• 通讯作者: Chris Dames

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