Вплив розсіяння фононів на межі на теплопровідність двовимірної неінтерактивної фононної системи нанорозмірних структур

  • Т. Медінцева Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, м. Свободи 4, 61022, Харків, Україна http://orcid.org/0000-0003-1037-3858
  • К. Немченко Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, м. Свободи 4, 61022, Харків, Україна http://orcid.org/0000-0002-0734-942X
  • Т. Віхтинська Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, м. Свободи 4, 61022, Харків, Україна http://orcid.org/0000-0001-8265-4371
Ключові слова: Теплопровідність, фонони, тепловий потік, двовимірні нанострічки

Анотація

Однією з проблем, що виникає при дослідженні теплопровідності фононних систем з низькою розмірністю при низьких температурах, є поява розбіжності у виразах для коефіцієнта теплопровідності як функції розміру зразка, а також поява незвичайних залежностей теплових потоків від градієнтів температури. Наприклад, у загальноприйнятій моделі Казимира передбачається, що на бічній поверхні зовнішніми джерелами створюється лінійний температурний градієнт. Більше того, в моделі Казимира необхідні дві умови на кордоні. Це дифузне відбиття, при якому фонон відбивається з ізотропною функцією кутового розподілу. Друга умова — наявність перерозподілу фононів за енергією, таким чином, щоб розподіл відбитих фононів відповідав випромінюванню абсолютно чорного тіла — тобто відбиття фононів має бути непружним. І якщо перша умова може бути досягнута, наприклад, за допомогою кордонів з певним ступенем шорсткості, то друга умова може бути досягнута лише за наявності теплового контакту між бічними краями зразка та термічним середовищем за певним розподілом температури. У разі термоізольованих кордонів зразка (наприклад, коли зразок знаходиться у вакуумі) або, принаймні, з недосконалим тепловим контактом, виконання другої умови є практично неможливим.У статті ми розглядаємо проблему теплопровідності двовимірних наноструктур – нанострічок – в діапазоні температур, коли взаємодією між фононами можна знехтувати. У цьому балістичному режимі теплові потоки можуть бути обмежені лише взаємодією фононів з межами зразків. Розглядається низка типів взаємодії фононів з межами двовимірних зразків: поглинання на межі, кінцеве число відбиттів, поглинання всередині зразка на дефектах, домішках тощо. Виведено явні вирази теплопровідності в цих випадках. Отримано інтерполяційні співвідношення, які узагальнюють існуючі вирази теплопровідності у випадку дзеркального відбиття та відбиття зі втратами.

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Посилання

Aymeric Ramiere, Sebastian Volz and Jay Amrit, Geometrical tuning of thermal phonon spectrum in nanoribbons, J. Phys. D: Appl. Phys. 49 (2016) 115306 (8pp).
H. B. G. Casimir, Note on the conduction of heat in crystals, Physica V, no 6, 1938.
Tom Klitsner, J. E. VanCleve, Henry E. Fischer, and R. O. Pohl, Phonon radiative heat transfer and surface scattering, Physical Review B Volume 38, Number 11, 1988-I.
Humphrey J. Maris, Heat flow in nanostructures in the Casimir regime, Phys. Rev. B 85, 054304 (2012).
Jay Amrit, Konstantin Nemchenko, and Tatiana Vikhtinskaya, Effect of diffuse phonon boundary scattering on heat flow J. Appl. Phys. 129, 085105 (2021).
Опубліковано
2021-12-30
Як цитувати
Медінцева, Т., Немченко, К., & Віхтинська, Т. (2021). Вплив розсіяння фононів на межі на теплопровідність двовимірної неінтерактивної фононної системи нанорозмірних структур. Вісник Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна. Серія «Фізика», (35), 17-23. https://doi.org/10.26565/2222-5617-2021-35-02