合金纳米结构的模式与空间分辨热输运
材料科学
2022-03-28 v1
摘要
纳米结构半导体合金因具有宽范围平均自由程（MFP）的声子散射而获得超低热导率。这些材料中，长MFP声子在纳米尺度边界处散射，而短MFP高频声子受合金化引入的无序点缺陷阻碍。虽然该趋势已被简化解析与数值方法验证，基于第一性原理的空间分辨方法仍属空白。为填补此空白，我们通过有限体积法求解声子模式分辨玻尔兹曼输运方程，计算多孔合金中的热导率降低。我们分析不同合金、长度尺度、浓度与温度，在整个构型空间获得热导率的极大降低。例如，孔隙率25%的Al_{0.8}In_{0.2}As热导率降低约97%。此外，我们利用这些模拟验证了我们近期提出的“弹道修正模型”（BCM），该模型使用块体合金特征MFP与材料长度尺度估算有效热导率。BCM随后被用于提供合金基纳米结构设计指导原则。值得注意的是，它阐明了如Si_{x}Ge_{1-x}等多孔合金相比多孔Si或Ge为何获得更大热导率降低，同时也解释了为何在Al_{x}In_{1-x}As等合金中不应预期类似行为。通过考虑不同尺度散射的协同效应，我们提供了超低导热材料的设计路径。
引用
@article{arxiv.2203.13279,
title = {Mode- and Space- Resolved Thermal Transport of Alloy Nanostructures},
author = {S. Aria Hosseini and Sarah Khanniche and G. Jeffrey Snyder and Samuel Huberman and P. Alex Greaney and Giuseppe Romano},
journal= {arXiv preprint arXiv:2203.13279},
year = {2022}
}