通过声子金属晶格中的弹道限域实现极小热导率
材料科学
2020-05-01 v1
摘要
控制半导体热导率对于优化热电和声子器件性能具有实际意义。在半导体中插入纳米尺寸夹杂物是实现这种控制的有效手段；已有提出，采用该方法可将硅的热导率降低至 1 W/m/K，并且对于某种最佳夹杂物尺寸可达到热导率的最小值。然而这一设计规则的实际验证一直有限。在这项工作中，我们通过研究硅金属晶格的热性质来解决这一问题，该晶格由半径 7 至 30 nm、嵌入硅中的球形夹杂物周期性分布构成。实验测量证实，对于二氧化硅夹杂物，硅金属晶格的热导率可低至 1 W/m/K，而对于具有空孔的硅金属晶格，该值可进一步降低至 0.16 W/m/K。对弹道声子输运的详细模型表明，该热导率已接近通过调节周期性非均匀性的半径和间距所能达到的最低值。本研究是阐明支配硅及其他半导体纳米尺度弹道热输运标度律的重要一步。
引用
@article{arxiv.2004.14915,
title = {Achieving Minimal Heat Conductivity by Ballistic Confinement in Phononic Metalattices},
author = {Weinan Chen and Disha Talreja and Devon Eichfeld and Pratibha Mahale and Nabila Nabi Nova and Hiu Y. Cheng and Jennifer L. Russell and Shih-Ying Yu and Nicolas Poilvert and Gerald Mahan and Suzanne E. Mohney and Vincent H. Crespi and Thomas E Mallouk and John V. Badding and Brian Foley and Venkatraman Gopalan and Ismaila Dabo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2004.14915},
year = {2020}
}