超薄硅纳米线中的热输运：一项第一性原理研究

利用密度泛函微扰理论分析了 [110] 方向小尺寸硅纳米线的声子性质。计算了直径在 0.38 至 1.5 nm 之间变化的多个样品。发现布里渊区中心光学声子的频率随纳米线尺寸增大而趋于降低。对声子散射率的研究揭示出最小样品中数值非常高，并随纳米线尺寸增大而降低。当直径从 0.53 和 0.78 nm 增大到 0.86 nm 时，散射率显示出显著变化。较高的声子散射可归因于特定频率处声子模的排列。热导率结果低于块体硅，介于 15 至 102 W/mK 之间。可观察到热导率随直径增大而增大的趋势。该效应归因于声子色散中的若干变化，这些变化与线径未必相关。这些显式结果已与用 Casimir 散射近似边界效应时的热导率进行了比较。Casimir 方法大幅低估了显式纳米线的结果。