热边界电导和热导率强烈依赖于邻近环境

在纳米尺度上，热边界电导（TBC）和热导率并非界面或材料的固有属性，而是依赖于邻近环境。然而，大多数研究集中在单一界面或超晶格上，由多种不同材料形成的异质结构中的热输运仍然是个谜。在本研究中，我们展示了界面的TBC受第二界面存在的影响程度，以及材料的热导率受邻近材料影响的程度。使用经典分子动力学模拟建模的Si和Ge，演示了以下现象。（1）邻近界面的存在可以显著改变原始界面的TBC。例如，在Si/Ge之后添加一个界面，TBC可以从400增加到700 MW/m2K。这是因为邻近界面充当了声子模式的滤波器，选择性地允许特定模式通过并影响原始界面的TBC。当界面之间的距离远大于声子平均自由程时，这种影响将在扩散极限下消失，使得声子模式在到达第二界面之前恢复平衡统计。（2）材料的热导率可以因邻近材料的存在而显著改变。例如，一个独立的30nm厚Si的热导率可以从50增加到280 W/mK，增加了4倍以上，超过了Si的体热导率，当它被夹在两个Ge板之间时。这是因为两侧的Ge板充当滤波器，只允许低频声子在Si中传输热量，这些声子比光学声子携带更多热量。这项工作开辟了连续界面热输运的新领域，预计对纳米尺度热表征和半导体器件的热管理具有重要意义。