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カーボンナノチューブ（CNT）ネットワーク全体における熱輸送ではCNT同士の接触部分におけるフォノン散乱が大きな散乱因子となる。また近年実験からも明らかになってきたように、CNTはバンドル化することにより大きく熱伝導率が低下する、つまりCNT同士の面間相互作用によりフォノンが強く散乱される。CNT同士の接触部や面間相互作用の影響はこれまでにも分子動力学法や原子グリーン関数法などにより理論的に研究されてきたが、ネットワークやバンドルの熱輸送特性を制御するためには、より詳細な理論解析が必要である。そこで本研究ではS-matrix法と原子グリーン関数（AGF）法を用いた手法を応用し、CNT同士の接触部や面間におけるフォノン散乱モード依存性を明らかにすることを目指している。本年度は解析技術を確立するため、S-matrix法とAGF法を利用した実装したソフトウェアを開発した。既にシリコンやグラフェンなどにおけるテスト計算を行い、過去の研究と良い一致が得られることが確認できた。

本課題において、フラーレン内包によりCNT単体の熱輸送特性、特にフォノン波動性を制御可能であることを示してきた。これはVan der Waals力による弱い相互作用によっても熱輸送特性に大きな影響を及ぼすことが可能であることを示している。そこで、材料は異なるがVan der Waals力により低熱伝導率が実現しているクラスレート化合物に着目し、フォノン特性の詳細な解析を行った。これにより、室温付近においてフォノン非調和効果やコヒーレント輸送の寄与により熱伝導率の減少が抑制されることが明らかになった。本成果をまとめた論文は既に査読中であり、CNTにおけるフラーレン内包効果と比較することで、様々なVan der Waals力が及ぼす影響の理解が進むと期待される。