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工学部/工学系研究科 プレスリリース

最適化したナノ構造により結晶性材料の熱伝導率を最小に~MIを駆使して熱機能材料の開発へ応用期待~:機械工学専攻 塩見淳一郎教授ら

 

JST 戦略的創造研究推進事業において、東京大学の塩見 淳一郎教授らは、半導体材料の熱伝導率を内部のナノ構造によって低減することを目的として、機械学習と分子シミュレーションを組み合わせたマテリアルズ・インフォマティクス(MI)で最適なナノ多層構造を設計し、作製、評価することで熱伝導率の最小化に成功しました。
2017年に本研究グループは計算科学に基づくMIによって、熱伝導率を最小あるいは最大にする最適構造を設計する手法を開発しました。しかし実験による実証はできておらず、ナノスケールにおける構造の作製と物性の計測に基づく最適構造の実現が望まれていました。
そこで本研究グループは、2種類の材料を数ナノメートル(nm)ずつ交互に積み重ねる超格子構造を対象として、原子レベルで構造の制御が可能な成膜法とナノスケールの膜厚の熱伝導率が評価できる計測法を駆使し、熱伝導率を最小化する最適な非周期超格子構造を実現しました。さらに最適構造では熱伝導を担う格子振動(フォノン)が波動的に干渉する効果が最大化し、熱伝導が強く抑制されることを明らかにしました。
今後、熱電変換材料など、電気伝導率や機械的特性を維持しながら熱伝導率を低減できる熱機能材料の開発に役立つことが期待されます。
本研究成果は、米国科学誌「Physical Review X」のオンライン版で近日中に公開されます。


プレスリリース本文:PDFファイル

科学技術振興機構:https://www.jst.go.jp/pr/announce/20200603-3/

テック・アイ技術情報研究所:https://tiisys.com/blog/2020/06/03/post-69613/