用于半导体纳米线量子热输运的耦合弹性膜模型

本文提出一种由耦合弹性膜构成的纳米线模型，旨在研究准一维量子系统中的热输运。各弹性膜的振动被量子化，并允许相邻膜间的振动能量流动。纳米线两端连接于维持不同温度的热浴。我们推导了穿越纳米线的能量流量子主方程，并获得热流及其他关键可观测量。我们通过随机化膜半径研究无序边界对热流的影响。我们评估该模型作为纳米线类比的适用性，并研究无序边界对热导率的影响。计算表明，膜晶格模型展现出直径声子限制，以及因表面粗糙（半导体纳米线的特征）导致的热导率急剧下降。表面粗糙还在弹道区中产生了热导率的长度依赖性 $\kappa=\alpha L^{\beta}$，其中 $\beta$ 依赖于无序特征。最后，将模型参数拟合至可用的硅纳米线实验数据，并将计算结果与实验数据进行比较评估。