应变与尺寸介导的石墨烯热导率

基于第一性原理计算以及在三声子散射框架内对声子线性化Boltzmann-Peierls输运方程的全迭代求解，我们表征了有应变和无应变石墨烯的晶格热导率 $\kappa$。我们发现无限大无应变石墨烯的 $\kappa$ 收敛于 5450 W/m-K，而有应变石墨烯的 $\kappa$ 在室温下随系统尺寸增大而发散。这些体系不同的 $\kappa$ 行为进一步通过声子寿命分析在数学上得到验证。在考虑的温度范围内，弯曲声学声子是无应变和有应变石墨烯中的主要热载流子。弯曲声子的超长平均自由程导致了室温下尺寸大至 8 cm 的样品中 $\kappa$ 的有限尺寸效应。有限样品的计算的尺寸依赖和温度依赖的 $\kappa$ 与实验数据吻合良好，证明了本方法预测更大石墨烯样品 $\kappa$ 的能力。拉伸应变使弯曲模式硬化并增加其寿命，由于边界散射与内禀声子-声子散射之间的竞争，导致 $\kappa$ 对样品尺寸和应变的有趣依赖。这些发现阐明了二维材料热输运的本质，并可能指导通过变化应变和尺寸来预测和调控石墨烯的 $\kappa$。