ポイント
- 高性能半導体デバイスは、身の回りのあらゆる製品に搭載され、需要が高まっていますが、排熱が課題であり、放熱材料として普及しつつあるグラファイトの性能向上が求められています。
- 理論的に、熱を運ぶフォノンの流体的な振る舞いによる熱輸送の効果を明確にし、実験的に同位体を除去した高純度グラファイトで熱伝導が増強されることを確認しました。
- 理論的には、室温でもこの熱輸送の効果が有効であり、スマートフォンやパソコン、ＬＥＤ、パワー半導体などの発熱の大きな電子機器の熱管理に広く利用されることが期待されます。
東京大学 生産技術研究所のシン コウ 特別研究員（日本学術振興会 特別研究員）、ヤンユ グオ 特別研究員（日本学術振興会 特別研究員）（研究当時）、野村 政宏 教授らは、グラファイトの同位体を除去することで、１００ケルビン（１００ケルビンはマイナス１７３度）付近で強いフォノンポアズイユ流れが形成され、フォノンの相互作用によって生じる集団的な流れによって熱伝導が増強されることを確認しました。本研究では、これまで明確ではなかったグラファイト中のフォノンポアズイユ流れの形成に関する理論的判断基準を明確にしました。そして、グラファイトでフォノンの流体的な性質を活用して熱伝導を増強するためには、同位体を除去して高純度化することとポアズイユ流れを形成しやすい幅にすることが重要であることを明らかにしました。この成果は、放熱材料として普及が始まっているグラファイトのさらなる放熱性能の向上につながり、高性能半導体デバイスを始めとする排熱を課題として抱える電子機器などに広く波及効果が期待できます。
本研究は、物質・材料研究機構の谷口 尚 フェロー、渡辺 賢司 特命研究員、フランス国立科学研究センターのセバスチャン・ヴォルツ リサーチディレクター、東京大学 生産技術研究所の町田 友樹 教授らと共同で行いました。
本研究成果は、２０２３年４月１９日（現地時間）に、「Ｎａｔｕｒｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」に掲載されます。
本研究は、科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業 ＣＲＥＳＴ「微小エネルギーを利用した革新的な環境発電技術の創出（研究総括：谷口 研二）」の研究課題「フォノンエンジニアリングに立脚した熱電給電センシングシステム（グラントＮｏ．ＪＰＭＪＣＲ１９Ｑ３）」、日本学術振興会 科学研究費助成事業（グラントＮｏ．２１Ｈ０４６３５、２１Ｊ１２６５２）などの支援により実施されました。
＜プレスリリース資料＞
- 本文 ＰＤＦ（３２９ＫＢ）
＜論文タイトル＞
- “Observation of phonon Poiseuille flow in isotopically purified graphite ribbons”
- ＤＯＩ：10.1038/s41467-023-37380-5
＜お問い合わせ先＞
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＜研究に関すること＞
野村 政宏（ノムラ マサヒロ）
東京大学 生産技術研究所 教授
Tel：03–5452–6303
E-mail：nomura
iis.u-tokyo.ac.jp -
＜ＪＳＴ事業に関すること＞
安藤 裕輔（アンドウ ユウスケ）
科学技術振興機構 戦略研究推進部 グリーンイノベーショングループ
〒102-0076 東京都千代田区五番町７ Ｋ’ｓ五番町
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＜報道担当＞
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