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★科学技術ニュース★NIMSと東京大学、熱流を制御するナノ構造物質の最適設計に成功

2017-05-12 10:38:11 |    化学

 物質・材料研究機構 (NIMS)と東京大学の研究チームは、熱抵抗を最大または最小にする最適なナノ構造を、従来の数パーセントの計算量で特定する計算手法を開発し、非直感的な新規ナノ構造を設計することに成功した。

 今回、ナノ構造の熱輸送を計算する手法とベイズ最適化手法を組み合わせることによって、ナノ構造を最適化する新しい手法を開発したもの。

 同手法では、2元系の結晶材料を対象に、ナノ構造内のそれぞれの原子の組成そのものを記述子として、候補となる多くの構造の中から最適なものを同定する。シリコンとゲルマニウムから構成される材料に適用したところ、全候補数の数%の数の構造を計算するだけで最適構造を同定できることを示した。

 得られた構造の中でも、熱抵抗が最大になる最適構造は、これまで考えられてきた周期的な超格子構造ではなく、非周期的な層構造であることが明らかになり、さらにその機構がフォノンの粒子性と波動性の組み合わせによって理解できることがわかった。

 今回の成果は、材料科学と機械学習を融合したマテリアルズ・インフォマティクスが熱機能ナノ材料の開発に有用であることを示すもの。さまざまな新しいナノ構造の作製が可能になる中で、このように熱抵抗を最大・最小化する構造を同定できる技術は、今後、材料設計を通じて、光や電子デバイスなどの放熱、熱遮蔽による機器保護、熱電変換素子の効率向上に寄与することが期待される。

 

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