Meta-phononics of disordered solid system including mass transport

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静的な不秩序系の研究については、均一的な窒化シリコン系の非晶質材料を主な対象として、コンビナトリアルスパッタ成膜によって様々な組成や構造を有する試料を作製し、熱伝導率の評価を行った。その中で、重元素を添加すると、非晶質構造でも伝播するフォノンモードであるPropagonが散乱され得ることを見出した。さらなる展開を見据えて、数百nm厚レベルのナノ構造制御材料を実現するべく、コンビナトリアルスパッタ成膜とパルスインジェクションを組み合わせた新規概念の実験装置を開発した。グラファイトに塩化マンガンと塩化鉄を同時にインターカレーションする方法を偶然見出し、この複合的なインターカレーションによって面直方向の熱伝導率を大きく低減することに成功した。微細構造解析により、多くの観察箇所で３層毎に分子層が１層導入されるStage3構造を有し、導入層の多くが塩化マンガンから成り、それ以外は頻塩化鉄から成ることが明らかになった。フォノン気体運動論モデルから、面直方向のフォノンの実効平均自由行程が層間距離の数倍まで小さくなっていることが分かった。動的な不秩序系の研究については、グラファイトや六方晶窒化ホウ素ナノチャネルにおけるフォノンと水流動の相互作用を検証するための、グラフェンの加工や転写などの2次元材料ナノチャネルの作製工程を確立した。加工の際、電子線描画などのプロセスを洗練させて効率的ナノ構造作製を可能にした。グラファイトや六方晶窒化ホウ素界面における水の構造を解明するために、和周波発生分光測定を試行した。これらの現象の数値解析系を整備するべく、固体薄膜に挟まれた有機分子膜の熱輸送特性を分子動力学シミュレーションによって解析した。特に有機分子の構造や動的挙動による影響を明らかにするため、有機分子密度や薄膜間圧力を変化させた計算系により界面熱輸送特性を分析した。