通过波包模拟探测声子表面相互作用：粗糙度与形貌的影响

降低固体晶格热导率的一种方法是利用纳米结构诱导额外的声子表面散射。然而，声子如何与边界相互作用，尤其在原子层面，尚不清晰。本工作中，我们进行了二维原子级波包模拟以研究声子表面相互作用。重点考察了光滑、周期粗糙及非晶表面上的角分辨声子反射。我们发现光滑表面的声学声子反射并非简单的镜面反射。反射后可能发生模式转换，且反射后的详细能量分布取决于表面条件与入射声子的偏振。在周期粗糙表面，反射波包分布不遵循著名的 Ziman 模型，而是对表面粗糙度深度呈现非单调依赖。当表面附着非晶层时，入射波包将被非晶区域吸收，并导致相当漫反射。我们的结果清楚表明，常用的镜面-漫射模型不足以描述周期粗糙表面的声子反射，而非晶层可诱导强漫反射。本工作对不同形貌表面的声子反射提供了细致分析，这对更好地理解各类纳米结构中的热传输十分重要。