声子波动性与粒子性在纳米结构热输运中的影响
介观与纳米尺度物理
2020-04-10 v1 计算物理
摘要
对纳米结构材料热输运的全面理解需要大规模模拟,以桥接由声子波动性与粒子性相关不同物理所决定的长度尺度。然而,现有计算方法隐式地将声子仅当作波或仅当作粒子处理。本工作中,我们使用全波基的非平衡格林函数(NEGF)方法与基于粒子的射线追踪蒙特卡洛(MC)方法,研究纳米尺度特征附近波动与粒子基声子输运的定性差异。以纳米多孔几何这一简单例子,我们表明两种方法的声子透射率吻合良好,误差约 15%,跨越声子波长乃至特征尺寸小至 3–4 nm 的情况。对于声子需挤入更小区域才能传播的情形,我们发现 MC 低估了长波长声子的透射,而 NEGF 中的波动处理表明这些长波长声子更易传播。我们还发现,与波基 NEGF 方法相比,基于粒子的模拟方法对结构变化更为敏感。比较波动与粒子方法所得的见解可用于更好、更完整地理解纳米材料中的声子输运。
引用
@article{arxiv.2004.04273,
title = {Effect of wave versus particle phonon nature in thermal transport through nanostructures},
author = {Dhritiman Chakraborty and Hossein Karamitaheri and Laura de Sousa Oliveira and Neophytos Neophytou},
journal= {arXiv preprint arXiv:2004.04273},
year = {2020}
}
备注
32 pages, 8 figures