フォノンエンジニアリングの基礎と材料開発・デバイスへの応用

スマート社会の実現に不可欠なエネルギーハーベスティングやデバイスの放熱問題の意識の高まりを受け、ここ数年で熱エネルギーの取り扱いに大きな関心が集まっている。ナノ構造を含んだ材料・デバイス中の熱伝導はフーリエ則で記述できず、弾道性などのナノスケール特有の輸送特性を考慮しなければならない。近年、熱伝導をナノスケールの視点から理解したうえで材料や構造を設計することで、材料性能を飛躍的に向上させることが可能になってきた。 　本講演では、ナノスケールでの熱伝導 (フォノン輸送) を巧みに取り扱うフォノンエンジニアリングの基礎をわかりやすく解説し、フォノニック結晶ナノ構造を用いた系を取りあげながら、より高度な熱伝導制御と熱電変換応用などへの取り組みを紹介する。

1. ナノスケールフォノン輸送と熱伝導
   1. なぜ「熱」が重要なのか?
   2. ナノスケールの熱伝導は何が違うのか?
   3. 高効率熱伝導制御のための基礎知識
   4. 過去の研究の紹介
2. フォノンエンジニアリングの基礎
   1. フォノンの粒子的描像に基づく熱伝導制御
      1. フォノニック結晶の作製法
      2. ナノ・マイクロ構造の熱伝導測定法
      3. ナノ構造Siにおける熱伝導の物理
      4. ナノ構造SiGeにおける熱伝導の物理
      5. 指向性をもった熱伝導と集熱
   2. フォノンの波動的描像に基づく熱伝導制御
      1. フォノニクスと研究の歴史
      2. フォノンとフォトンの類似性と相違性
      3. 熱を光のように操れるのか?
      4. フォノニック結晶とバンドエンジニアリングの基礎
      5. フォノニック結晶中の熱伝導計算のしかた
      6. 熱の波動性を用いた直観に反する物理
      7. フォノニクスに基づく熱伝導制御
3. ナノ構造による熱伝導制御の応用例
   1. 熱電変換の基礎
   2. 熱電変換材料開発への応用
      1. 熱電変換の基礎
      2. 熱電変換材料の利点と課題
      3. 熱電変換ナノ材料開発の歴史と現状
      4. 高効率化に重要なポイント
      5. 最適設計による高効率化の実証
   3. ウェハ型Si熱電変換デバイス
   4. エネルギーハーベスティングへの展望
• 質疑応答・名刺交換