使用集成自旋缺陷热力学计量器对悬挂金刚石纳米结构的热传导进行成像

Valentin Goblot; Kexin Wu; Enrico Di Lucente; Yuchun Zhu; Elena Losero; Quentin Jobert; Claudio Jaramillo Concha; Niels Quack; Nicola Marzari; Michele Simoncelli; Christophe Galland

doi:10.1103/3s96-7ghm

使用集成自旋缺陷热力学计量器对悬挂金刚石纳米结构的热传导进行成像

介观与纳米尺度物理 2026-05-04 v3

作者: Valentin Goblot , Kexin Wu , Enrico Di Lucente , Yuchun Zhu , Elena Losero , Quentin Jobert , Claudio Jaramillo Concha , Niels Quack , Nicola Marzari , Michele Simoncelli , Christophe Galland

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摘要

在所有材料中，单晶金刚石测得的热导率最高，室温下可超过2000 W/m/K。这是由于动量守恒的"正常"声子-声子散射过程占主导地位，优于动量耗散的"Umklapp"过程，这一特征也表明金刚石是实验探讨违反傅里叶定律的声子热传导现象的理想平台。本文引入稀释氮空位（NV）颜色中心作为原位、高度精确的自旋缺陷热力学计量器，用于成像从环境条件加热的单晶金刚石微结构中的温度不均匀性。我们分析了横截面积范围约为0.2至2.6 $\mu$ m $^2$ 的悬臂梁，观察到随着宽度减小，悬臂梁的导热率显著降低。我们采用基于线性化声子玻尔兹曼运输方程和粘性热方程的第一性原理仿真，对悬臂梁的热传导性能进行定量预测，阐释了固有声子散射机制与外部声子散射机制之间的相互作用如何决定所观察到的非扩散行为。我们的温度成像方法为探索任意几何形状的器件和纳米结构中的非扩散热传导现象提供了可能。

关键词

金刚石纳米结构热传导氮空位中心声子散射非扩散热传导

引用

@article{arxiv.2411.04065,
  title  = {Imaging heat transport in suspended diamond nanostructures with integrated spin defect thermometers},
  author = {Valentin Goblot and Kexin Wu and Enrico Di Lucente and Yuchun Zhu and Elena Losero and Quentin Jobert and Claudio Jaramillo Concha and Niels Quack and Nicola Marzari and Michele Simoncelli and Christophe Galland},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2411.04065},
  year   = {2026}
}

备注

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使用集成自旋缺陷热力学计量器对悬挂金刚石纳米结构的热传导进行成像

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