Control of coherent phonon transport by low dimensional materials

低维材料控制相干声子输运

• 批准号: 18F18058
• 负责人: 塩見 淳一郎
• 金额: $ 1.41万
• 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: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-11-09 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18F18058/
• 关键词: ２次元材料; フォノン輸送; 分子シミュレーション; 最適化; ナノセルロース; コヒーレントフォノン輸送; セルロース

半導体や絶縁体の熱輸送をフォノン輸送の観点より考えて、ナノ構造や界面構造で熱伝導を制御する科学が近年発展している。さらに、ボトムアップ自己組織化の発展にともない、フォノン波の特性長と同程度の長さスケールの構造を用いれば、フォノンの波動性や粒子性と両方を利用した制御が実践できる可能性がある。そこで本研究では、フォノニック結晶や低次元材料の熱輸送とその制御性を理解し、フォノンエンジニアリングを実践する。最終年度の４ヶ月間は、これまでの分子シミュレーションによって得た研究成果について、論文の執筆を進め、投稿・発表した。その中でメカニズムの議論を深めた。グラフェンと二硫化モリブデンの２次元構造を積層した構造については、前年度に、熱輸送計算と機械学習を組み合わせて熱伝導率を最小にする最適構造を同定する手法を用いて面直方向の熱伝導率が非常に小さい非周期的な構造を設計することに成功したが、今年度は、フォノン透過関数の分布関数、Participation Ratio、固有モードのマッピングなどの解析を進め、メカニズムがフォノンの局所化に由来することを明らかにした。フォノン透過関数の分布関数はアンダーセン局在的な様相を示し、Participation Ratioからも強い局在が示唆された。また、段階的に欠陥を導入するとフォノンが非局在化して熱伝導率が上昇していく傾向も確認した。一方で、ランダムな構造ではなく、特定のグラフェンと二硫化モリブデンの配置で熱伝導率が最小値を取ったが、これは薄膜のために配置がランダム（ホワイトノイズ）になるほほどの自由度がないためであると考えられる。さらに、以上の計算結果を実験で実現するために、実験グループと共同研究をはじめ、シンプルな構造の熱伝導率計測ができるようになっている。

Recent advances in the science of heat transfer and heat conduction control in semiconductor materials have been made in the field of structure and interface structure. In addition, the development of self-organization is possible because of the long and uniform length of wave characteristics, the long and uniform length of wave structure, the volatility and particle characteristics of wave structure, and the possibility of using wave control. This study aims to understand the heat transport and control properties of crystalline and low-dimensional materials and to implement them. In April of the final year, the author of the paper submitted a report on the molecular structure of the project.その中でメカニズムの议论を深めた。2-D structure, lay-up structure, thermal transport calculation, mechanical learning, composition, thermal conductivity, minimum thermal conductivity, optimal structure, uniform thermal conductivity, thermal conductivity, non-periodic thermal conductivity, thermal Inherent to the analysis of the origin of the problem The distribution of the number of relations between the two parties is shown in the following table: Participation Ratio The thermal conductivity of the silicon nitride layer increases with increasing temperature. The thermal conductivity of a thin film is determined to be the minimum value of the thermal conductivity of the thin film. The results of the above calculations are presented in this paper. The thermal conductivity measurement of the structure is studied together.

项目成果

Two-path phonon interference resonance induces a stop band in a silicon crystal matrix with a multilayer array of embedded nanoparticles

• DOI: 10.1103/physrevb.102.024301
• 发表时间: 2020-01
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Shiqian Hu;Lei Feng;Cheng Shao;I. Strelnikov;Y. Kosevich;J. Shiomi

熱エネルギー工学研究室

热能工程实验室

Ultimate impedance of coherent heat conduction in van der Waals graphene-MoS2 heterostructures

• DOI: 10.1016/j.mtphys.2020.100324
• 发表时间: 2021-01-01
• 期刊: MATERIALS TODAY PHYSICS
• 影响因子: 11.5
• 作者: Hu, S.;Ju, S.;Shiomi, J.
• 通讯作者: Shiomi, J.

Disorder limits the coherent phonon transport in two-dimensional phononic crystal structures

• DOI: 10.1039/c9nr02548k
• 发表时间: 2019-06-28
• 期刊: NANOSCALE
• 影响因子: 6.7
• 作者: Hu, Shiqian;Zhang, Zhongwei;Chen, Jie
• 通讯作者: Chen, Jie