利用全带第一性原理蒙特卡洛模拟研究粗糙纳米薄膜与纳米线中的热传递
介观与纳米尺度物理
2018-12-05 v1
摘要
玻尔兹曼输运方程是研究纳米尺度热输运最重要的框架之一，它超越扩散区并可达微米尺度。在三维器件的一般情形下，声子输运的粒子蒙特卡洛方法特别强大且方便，并且需要合理的计算资源。在这项工作中，我们提出了一种以第一性原理数据参数化的原始且通用的粒子蒙特卡洛方法。声子色散与声子-声子散射率均通过 DFT 计算在整个三维布里渊区中得到。为处理粗糙界面处的声子输运，在相空间中实现了镜面与漫反射的组合。我们在由立方和六方硅制成的纳米线与薄膜中研究了热输运，包含边缘粗糙度，考察了有效热导率、声子能带贡献和热流取向。结果表明，由我们的蒙特卡洛模拟得到的准弹道区有效热导率无法被简单的半解析类 Matthiessen 模型准确拟合，必须采用谱方法来获得良好结果。我们的全带方法显示，某些在布里渊区部分区域呈现负群速度的声子支可对总热流产生负贡献。此外，热流明显沿高态密度方向取向。由此产生的热流各向异性连同粗糙界面的影响一并被讨论。
引用
@article{arxiv.1807.05914,
title = {Heat transfer in rough nanofilms and nanowires using Full Band Ab Initio Monte Carlo simulation},
author = {B. Davier and J. Larroque and P. Dollfus and L. Chaput and S. Volz and D. Lacroix and J. Saint-Martin},
journal= {arXiv preprint arXiv:1807.05914},
year = {2018}
}