New physics by thermal phononics

热声子学的新物理学

• 批准号: 16F16060
• 负责人: 野村 政宏
• 金额: $ 1.47万
• 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: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16F16060/
• 关键词: フォノンエンジニアリング; フォノニック結晶; 熱伝導; フォノン

本研究は、熱フォノンの波動性に基づき、トップダウンプロセスによって作製したフォノニック結晶構造によるバンドエンジニアリングにより、熱伝導制御を行うことを目的として行われた。波動性に基づいた干渉効果により、直観に反する熱伝導現象を実現することができる。これまでに進めてきた、フォノニック結晶ナノ構造におけるフォノンバンドダイアグラム計算プログラムの構築を進め、様々な基本格子中の熱流束スペクトルが計算可能になった。新規に、半導体薄膜上に金属または半導体ピラーを周期的に配置した新しいタイプのフォノニック結晶ナノ構造についても計算を可能にした。その結果、ピラータイプのフォノニック結晶ナノ構造でも、バンドエンジニアリングによって熱流束スペクトルが大きく変化することを見出した。また、フォノニックブースト効果の発現も可能であることを示した。これらの成果は、薄膜中にナノ構造を形成して界面を増やす必要なしに、薄膜上に形成することでも同様の効果が得られることを明確に示した点で新規性がある。また、当初計画になかった新しい発見を得て成果を得た。ピラータイプの構造を作製したところ、シリコンと金属ピラーの界面の相互拡散を利用することにより、熱伝導率を大幅に低減可能なことがわかった。これは、熱電変換材料の高性能化に応用が可能であり、実際に単結晶シリコン薄膜を用いて熱電変換能を測定したところ、40%もの増加を実現した。

は this study, thermal フ ォ ノ ン の volatility に base づ き, ト ッ プ ダ ウ ン プ ロ セ ス に よ っ て cropping し た フ ォ ノ ニ ッ ク crystal structure に よ る バ ン ド エ ン ジ ニ ア リ ン グ に よ り, hot 伝 guide line system of imperial を う こ と を purpose と し て line わ れ た. Volatility に base づ い た dry involved working fruit に よ り, straight 観 に anti す る 伝 guide phenomenon を be presently す る こ と が で き る. こ れ ま で に into め て き た, フ ォ ノ ニ ッ ク crystallization ナ ノ tectonic に お け る フ ォ ノ ン バ ン ド ダ イ ア グ ラ ム computing プ ロ グ ラ ム の constructing を into め, others 々 な の heat flux in the basic grid beam ス ペ ク ト ル が computing may に な っ た. New rules に, semiconductor thin films on に metal ま た は semiconductor ピ ラ ー を cycle に configuration し た new し い タ イ プ の フ ォ ノ ニ ッ ク crystallization ナ ノ tectonic に つ い て も calculation を could に し た. そ の results, ピ ラ ー タ イ プ の フ ォ ノ ニ ッ ク crystallization ナ ノ tectonic で も, バ ン ド エ ン ジ ニ ア リ ン グ に よ っ て heat flow beam ス ペ ク ト ル が big き く variations change す る こ と を shows し た. The effect of また, フォノニッ ブ ブ スト スト スト is likely to occur である とを とを とを. こ れ ら の results は, film に ナ を ノ structure formation し て interface を raised や す necessary な し に, membrane に form す る こ と で も with others の fruit comes unseen が ら れ る こ と を に clearly shown し た point で new rules sex が あ る. Youdaoplaceholder0, the original plan にな った った new また development を て results を た. ピ ラ ー タ イ プ の tectonic を cropping し た と こ ろ, シ リ コ ン と metal ピ ラ ー の interface の scattered を mutual company, using す る こ と に よ り, hot 伝 low conductivity を に substantially reduced might な こ と が わ か っ た. こ れ は, high thermoelectric variations in material の performance-based に 応 may use が で あ り, be interstate に 単 crystallization シ リ コ を ン film with い て thermoelectric variations in ability to measure を し た と こ ろ, 40% も の raised plus を be presently し た.

项目成果

Heat conduction engineering in pillar-based phononic crystals

• DOI: 10.1103/physrevb.95.155432
• 发表时间: 2017-04-20
• 期刊: PHYSICAL REVIEW B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Anufriev, Roman;Nomura, Masahiro
• 通讯作者: Nomura, Masahiro

Coherent control of the phonon density of states using phononic nanostructures

使用声子纳米结构相干控制声子态密度

• 发表时间: 2017
• 作者: S. Mezil;P. H. Otsuka;K. Miyoshi;M. Tomoda;O. Matsuda;O. B. Wright;R. Anufriev and M. Nomura
• 通讯作者: R. Anufriev and M. Nomura

Thermal Conductance of Hole- and Pillar-Based Phononic Crystals at Low Temperatures

空穴基和柱基声子晶体在低温下的热导

• 发表时间: 2017
• 作者: R. Anufriev;and M. Nomura
• 通讯作者: and M. Nomura

Reduction of thermal conductivity in periodic silicon nanostructures

周期性硅纳米结构中热导率的降低

• 发表时间: 2016
• 作者: R. Anufriev;J. Maire;and M. Nomura
• 通讯作者: and M. Nomura

Thermal Conductance of Hole- and Pillar-Based Phononic Crystals

空穴和柱基声子晶体的热导

• 发表时间: 2017
• 作者: Bai Yanbing;Adriano Bruno;Mas Erick;Koshimura Shunichi;R. Anufriev and M. Nomura
• 通讯作者: R. Anufriev and M. Nomura