テスラバルブの概念を固体熱伝導に拡張し、熱整流に成功――フォノンの流体的性質を用いた新しい熱機能デバイスに期待――

　東京大学 生産技術研究所のシン コウ 特任助教と野村 政宏 教授らは、50 K（ケルビン、50 Kはマイナス223℃）付近で、テスラバルブ構造を用いた熱整流効果の発現に成功しました。同位体を除去したグラファイトを用いて、フォノンポアズイユ流れを形成し、フォノンの流体的性質を利用することで実現しました。これまで、テスラバルブで、液体と電子について整流機能が確認されていましたが、固体の熱伝導に初めて拡張されました。熱整流効果を発現するためには、フォノンの流体的な性質を用いる必要があり、ポアズイユ流れを形成するためのグラファイトの高純度化や構造設計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が、熱機能デバイスとしても活用できることを示しました。高性能半導体デバイスをはじめとする熱管理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 特命研究員らと共同で行いました。