单层石墨烯及其他二维晶体的衬底导向热耗散理论

我们基于Persson、Volokitin和Ueba [J. Phys.: Condens. Matter 23, 045009 (2011)]的跨平面热传递模型的修正版本，提出了石墨烯或另一种单层二维（2D）晶体（例如MoS$_{2}$）与平坦衬底之间声子热（Kapitza）阻力的理论。我们展示了本征弯曲声子阻尼对于获得有限Kapitza阻力是必要的，并将该理论推广到带有覆盖层的封装单层2D晶体。我们利用第一性原理计算的输入参数，通过计算裸露及SiO$_{2}$封装的单层石墨烯和位于SiO$_{2}$衬底上的MoS$_{2}$的热边界电导（TBC）来阐释我们的模型。估计的室温下SiO$_{2}$上裸露（封装）石墨烯和MoS$_{2}$的TBC分别为34.6 (105)和3.10 (5.07) MWK$^{-1}$m$^{-2}$。该理论预测存在一个声子频率交叉点，低于该点，裸露2D晶体中的低频弯曲声子不能有效地将能量耗散到衬底。我们在理论框架内解释了石墨烯顶部SiO$_{2}$层的封装如何引入新的低频传输通道，从而显著降低石墨烯-衬底Kapitza阻力。我们强调，在分析跨平面到衬底的热耗散时，必须区分裸露和封装的2D晶体。