硅纳米晶结构中声子传播的极限限制
介观与纳米尺度物理
2018-02-14 v1
摘要
采用时域热反射技术，在50至300 K范围内测量了由纳米尺寸晶粒和超薄氧化硅（SiO2）薄膜间隔而成的外延硅纳米晶（SiNC）结构的温度依赖热导率。晶粒尺寸为3 nm和5 nm的SiNC结构的热导率在整个温度范围内异常低，显著低于块体非晶Si和SiO2的值。声子气体动力学模型，采用基于第一性原理的非谐晶格动力学获得的内禀输运性质，以及通过原子格林函数获得的跨超薄SiO2薄膜的声子透射率，在无任何拟合参数的情况下重现了测量的热导率。分析表明，SiNC结构中声学声子的平均自由程等同于甚至低于声子波长的一半，即最小热导率情形。该结果表明，具有极小长度尺度和受控界面的纳米结构可引起热声子传播的终极经典限制。
引用
@article{arxiv.1801.04376,
title = {Ultimate confinement of phonon propagation in silicon nano-crystalline structure},
author = {Takafumi Oyake and Lei Feng and Takuma Shiga and Masayuki Isogawa and Yoshiaki Nakamura and Junichiro Shiomi},
journal= {arXiv preprint arXiv:1801.04376},
year = {2018}
}
备注
15 pages, 4 figures, in press in Phys. Rev. Lett. (2018)