石墨烯中的声子热传导

我们从理论上研究了单层石墨烯的声子热导率。利用价力场方法获得了石墨烯晶格中所有极化和晶体学方向上的声子色散。使用精确的声子色散和布里渊区，并考虑了动量和能量守恒定律允许的所有声子弛豫通道，对三声子 Umklapp 过程进行了精确处理。石墨烯的独特性体现在二维声子态密度以及对声子 Umklapp 散射相空间的限制上。模型中还包含了缺陷和石墨烯边缘上的声子散射。计算是针对 Gruneisen 参数进行的，该参数由第一性原理理论确定为声子波矢和极化分支的函数，同时也针对来自实验的一系列数值进行了计算。研究发现，使用真实的 Gruneisen 参数计算出的单层石墨烯在近室温下的热导率在 ~ 2000 - 5000 W/mK 范围内，具体取决于缺陷浓度和边缘粗糙度。由于声子平均自由程较长，即使在室温下石墨烯边缘也对热导率产生强烈影响。所得结果与最近对悬浮石墨烯热导率的测量结果吻合良好。