Reduction of Thermal Conductivity by Nanoscale 3D Phononic Crystal
纳米结构的热导率需要尽可能小，以便它将具有更高的热电固态发电/制冷效率。研究了周期长度和质量比对硅同位素纳米三维声子晶体热导率的影响。平衡态分子动力学模拟结果表明，同位素纳米级三维声子晶体能显著降低体硅在1000 K高温下的热导率。尺寸和质量效应在操纵热导率方面是明显的。导热系数随周期长度和质量比的增大而减小。声子色散曲线显示了三维声子晶体中群速度的减小。在纳米尺度三维声子晶体结构中，声子的局域化和带隙在归一化参与比的谱图中清晰地显示出来。
2013-01-11 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Nanoscale Conductivity Imaging of Correlated Electronic States in WSe2/WS2 Moiré Superlattices
我们报道了利用微波阻抗显微镜对角取向WSe 2/WS 2异质结构中相关电子态的纳米电导成像。非接触式微波探头使我们能够观察到莫特绝缘状态与一个孔每个莫尔单位细胞，持续温度高达150 K，与其他表征技术一致。此外，我们确定第一次莫特绝缘状态在一个电子每个莫尔晶胞。在异质双层区域中直接可视化了相关态的明显不均匀性，这表明莫尔超晶格势或静电掺杂中存在局部紊乱。我们的工作提供了重要的见解二维莫尔系统下降到微观水平。
2020-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Batch-fabricated cantilever probes with electrical shielding for nanoscale dielectric and conductivity imaging
本文介绍了一种用于扫描微波阻抗显微镜的电屏蔽悬臂梁探针的设计和制作。定义电分辨率的尖端顶点的直径小于50 nm。带状线的宽度和绝缘层的厚度针对小串联电阻（< 5 W）和小背景电容（~ 1 pF）进行了优化，这两者对于各种样品的高灵敏度成像至关重要。同轴屏蔽确保只有探针尖端与样品相互作用。悬臂梁的结构被设计成对称的，以平衡不同层的应力和热膨胀，使得悬臂梁在可变温度下保持平直。这种屏蔽悬臂梁探针在晶圆级生产将促进纳米电介质和电导率成像的巨大应用。
2013-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Nanoscale electrical conductivity imaging using a nitrogen-vacancy center in diamond
材料的电导率可以具有微妙的，非平凡的和空间变化的特征，并对材料的基本物理特性具有重要的洞察力。在这里，我们展示了一种基于金刚石中原子大小的氮空位（NV）缺陷的电导率成像技术，该技术提供了具有纳米级空间分辨率的局部，定量和非侵入性电导率成像。我们监测的自旋弛豫率的一个单一的NV中心的扫描探针的几何形状，以定量成像的热电子运动在纳米图案化的金属导体产生的磁波动。我们实现了40纳米尺度的电导率的空间分辨率，并实现了25倍的成像速度增加，通过实施自旋-电荷转换读出浅NV中心。基于NV的电导率成像可以探测凝聚态系统在一个新的制度，作为一个模型的例子，我们项目容易实现的纳米级相分离的复杂氧化物的成像。
2017-12-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Non-uniform Thermal Conductivity in Nanoscale Multiple Hotspot Systems
本文研究了纳米尺度多重热点系统中非均匀热导率的特性，通过求解声子输运方程发现热点间距影响热传输，最大热流提升达40%。
2025-11-26 cond-mat.mes-hall
Imaging thermal conductivity with nanoscale resolution using a scanning spin probe
探测材料中纳米级热流的能力通常受到缺乏空间分辨率的限制。在这里，我们使用一个金刚石的主持氮空位中心连接到一个硅热尖的顶点作为局部温度传感器。我们施加电流来加热尖端，并依靠NV来监测尖端与不同导热率的表面接触时所经历的热变化。借助相结合的AFM/共聚焦设置，我们的图像幻影微观结构与纳米级分辨率，并达到良好的协议之间的热导率和地形图。小质量和高热导率的金刚石主机，使我们的技术的时间响应短，我们证明了通过监测应用热脉冲后的尖端温度。我们的方法承诺多个应用，从纳米结构中的声子动力学的调查，在各种固态系统中的异质相变和化学反应的表征。
2015-11-21 cond-mat.mes-hall
Thermal and electrical cross-plane conductivity at the nanoscale in poly(3,4-ethylenedioxythiophene):trifuoromethanesulfonate thin films
研究了三氟甲磺酸盐（OTf）稳定的导电聚合物（聚（3，4-乙撑二氧噻吩），PEDOT）薄膜的跨平面电输运和热输运。我们探索其导电原子力显微镜（C-AFM），揭示了高导电纳米域的存在下，其电性能。用零点扫描热显微镜（NP-SThM）测量跨平面方向的热导率：PEDOT：OTf确实证明了电子对热传输的不可忽略的贡献。我们进一步研究了电导率和热导率之间的相关性，通过应用后处理：化学还原（去掺杂）的目的是降低载流子浓度，因此，电导率和酸处理（过度掺杂），以增加后者。从我们的测量中，我们发现振动热导率为0.34（+/- 0.04）Wm-1 K-1。从线性依赖性或电子贡献的热导率与电子电导率（Widemann-Franz定律），我们推断出一个洛伦兹数6倍以上的经典索末菲值也观察到在许多有机材料的面内热传输。应用最近提出的分子Widemann-Franz定律，我们推导出重组能为0.53（+/- 0.06）eV。
2022-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Performance of Topological Insulator Interconnects
铜互连在纳米尺度下的不良性能要求用于集成电路的持续缩放的新材料解决方案。我们建议使用三维时间反演不变的拓扑绝缘体（TI），主机背散射保护的表面状态，为此目的。使用半经典方法，我们证明了纳米级TI互连具有比纳米级铜互连和石墨烯纳米带低1-3个数量级的电阻。我们使用非平衡格林函数（NEGF）的形式主义来测量的纳米TI和金属互连线的杂质无序的存在下所造成的电导的变化。我们发现，金属互连遭受的电阻增加，相对于清洁的限制，超过500%，由于无序，而TI的表面状态增加不到35%，在同一制度。
2016-11-01 cond-mat.mes-hall
Reconstructing phonon mean free path contributions to thermal conductivity using nanoscale membranes
载热声子的平均自由程分布的知识是理解声子介导的热输运的关键。我们表明，跨越很宽的厚度范围内的薄膜的热导率测量可以用来表征体热导率是如何分布在声子平均自由程。采用非接触式瞬态热栅技术测量了厚度为15 ~ 1500 nm的悬浮硅膜的热导率。在此厚度范围内，观察到从74%到13%的体积值的热导率的下降，这是由于扩散声子边界散射。由于薄膜厚度与声子平均自由程抑制之间存在明确的关系，结合测量的范围和精度，我们可以重建体热导率累积与声子平均自由程的关系，并与理论模型进行比较。
2014-08-28 cond-mat.mes-hall
Improvement of the 3$ω$ thermal conductivity measurement technique at nanoscale
纳米结构中热导率的降低打开了利用诸如硅的材料用于热电目的的可能性，硅是廉价的、可用的和可持续的，但在其本体形式中具有高热导率。基于这些创新材料的热电器件的开发需要可靠的纳米尺度热导率测量技术。由用于热导率测量的常规技术引入的近似值在应用于纳米结构时可能导致不可靠的结果，因为测量所需的加热器和温度传感器不能具有可忽略的尺寸，并且因此干扰结果。在本文中，我们专注于3 $ω$技术，应用于悬浮硅纳米膜的热导率测量。为了克服用于解释3 $ω$数据的传统分析模型引入的近似，我们建议使用数值解，通过有限元建模，热和电输运方程。一个很好的拟合的实验数据将被提出，讨论，并与分析模型进行比较。
2017-08-10 cond-mat.mes-hall
Revisiting thermal conductivity and interface conductance at the nanoscale
提出了一个半解析模型，用于研究纳米尺度下的热传输，该模型能够准确地描述非平衡传输的影响和界面处的热传递。我们的方法是基于伪局部温度的定义区分的声子人口根据其速度的方向。这种形式主义导致了一套完整的方程捕捉纳米结构中的热传递，即使在异质结构的情况下。该模型只需要引入一个新的固有的热参数称为弹道热导率和一个几何称为有效热导率。最后，该模型是能够准确地再现先进的数值计算结果的蒙特卡罗模拟的声子在所有的声子输运制度：扩散（作为傅立叶热输运制度包括在内），弹道，和中间的，即使涉及热界面。这种形式主义应提供新的见解在解释实验测量。
2020-06-24 cond-mat.mes-hall
Thermal conductivity of benzothieno-benzothiophene derivatives at the nanoscale
我们通过扫描热显微镜研究了[1]苯并噻吩并[3，2-b][1]苯并噻吩（BTBT）和2，7-二辛基[1]苯并噻吩并[3，2-b][1]苯并噻吩（C8-BTBT-C8）的纳米级热导率。我们证明了沿层间方向的面外热导率是显著的，与C8-BTBT-C8（0.25 +/-0.13 W m-1 K-1）相比，BTBT（0.63 +/-0.12 W m-1 K-1）更大。这些结果得到了在相应分子晶体上进行的分子动力学计算（接近平衡分子动力学方法）的支持。计算指出沿3个结晶方向的显著热导率（类3D）值，其中结晶方向之间的各向异性因子对于BTBT低于1.8并且对于C8-BTBT-C8低于2.8，与这些材料的以二维特征为特征的电荷传输性质形成强烈对比。与实验一致，与C8-BTBT-C8相比，计算在BTBT中产生更大的值（分别为0.6-1.3 W m-1 K-1对0.3-0.7 W m-1 K-1）。纳米热阻的弱厚度依赖性与一个简单的分析模型是一致的。
2021-02-10 cond-mat.mes-hall
Ultrafast Terahertz Photoconductivity and Near-Field Imaging of Nanoscale Inhomogeneities in Multilayer Epitaxial Graphene Nanoribbons
FZU - Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）；Faculty of Mathematics and Physics, Charles University（查理大学数学与物理学院）
研究通过太赫兹光谱揭示多层外延石墨烯纳米条带中纳尺度不均匀性的电导特性及光电响应，发现准中性层具有高载流子迁移率和强正光电导率。
2026-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spatially mapping the thermal conductivity of graphene by an opto-thermal method
在纳米尺度下绘制材料的热传输特性对于优化纳米器件中的热传导至关重要。已经开发了几种方法来确定材料的热导率，其中大多数产生样品的平均值，从而忽略了局部变化的作用。在这里，我们提出了一种方法，通过使用共焦拉曼测温法和有限元计算为基础的拟合过程相结合的空间分辨的评估悬浮石墨烯的热导率。我们通过提取一个原始的悬浮单层石墨烯片和一个用氦离子辐照的石墨烯片的二维热导率图来展示我们方法的工作原理。我们的方法为空间解析其他类型层状材料的热导率铺平了道路。这对于纳米级热电路（例如热二极管）的设计和工程特别相关。
2021-03-15 cond-mat.mes-hall
Nanoscale spatial resolution probes for Scanning Thermal Microscopy of solid state materials
扫描热显微镜（SThM）使用集成在具有纳米级尖端的力感测悬臂中的微机械热传感器，对于探索纳米级半导体器件的热管理非常有用。以及相关材料的表面性质的映射。尽管SThM能够以纳米级分辨率对外部产生的热成像，但其映射和测量材料的热导率的能力主要限于具有0.1至1 W/mK范围内的低热导率的聚合物或类似材料，横向分辨率为1 \mum的量级。在本文中，我们使用相关的实验和理论方法来分析热性能和灵敏度的微加工SThM探针，以扩大其适用范围更广泛的纳米结构，从聚合物到半导体和金属。我们开发了这些探针中相互关联的热和电现象的物理模型，然后使用真实探针的实验测量来验证这些模型，这为分析SThM在纳米结构探索中的性能提供了基础。然后，我们的研究突出了这些探头的关键功能，即，相对于探头顶点的热传感器的几何位置，热传导的探头的支持基地，热传导到周围的气体，和尖端材料的热传导邻近的顶点。它还允许我们提出一种SThM探针的新设计，其结合了位于探针顶点附近的碳纳米管（CNT）或类似的高导热性石墨烯片材料。新的传感器预计将提供空间分辨率的纳米结构的热性能在几十纳米的顺序，以及扩大的灵敏度的SThM探头的材料与热导率值高达100-1000 W/mK。
2012-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Nanoscale resolution scanning thermal microscopy with thermally conductive nanowire probes
扫描热显微镜（SThM）-一种扫描探针显微镜，允许映射纳米器件中的热传输和温度，正在成为一种关键方法，可能有助于解决现代处理器中的散热问题，并开发新的热电材料。不幸的是，当前SThM实施方式在测量高热导率材料中的性能仍然有限。这些限制的原因是双重的，首先，SThM测量的高热导率材料需要足够高的探头顶端的热导率，其次，探头和样品之间的热接触的质量变得强烈影响的纳米级表面波纹的研究样品。在本文中，我们开发的SThM方法，可以解决这些复杂的问题的分析模型-通过探索高热导率纳米线作为尖端顶点，并探讨SThM探针和研究表面之间的接触电阻，后者变得特别重要时，尖端和表面都具有高热导率。我们开发的分析模型支持的有限元分析模拟和实验测试的SThM原型使用碳纳米管（CNT）在尖端顶点作为导热纳米线。这些结果阐明了从一侧的SThM探头的性能和从另一侧的热导率，探头的几何形状和其组件之间的重要关系，为克服当前的SThM的限制提供了途径。
2013-09-08 cond-mat.mes-hall
Nanoscale electromechanics to measure thermal conductivity, expansion and interfacial losses
我们研究了局部焦耳加热对双夹持纳米线在拉伸应力下的力学性能的影响。局部加热导致谐振频率的系统变化;这些频率变化是由热应力引起的，热应力取决于温度相关的热导率和膨胀系数。InAs线膨胀系数符号的变化反映在20 K浴温附近系统的共振响应中。使用有限元模拟模拟实验观察到的频率偏移，我们表明，纳米线的热导率可以近似在10-60 K的温度范围内的经验形式$κ=b$ T W/mK，其中的值$b$的纳米线被发现是$b=0.035$ W/mK $^2$，显着低于散装值。此外，局部加热允许我们独立地改变纳米线相对于固定到浴温度的夹持点的温度。我们建议的损耗机制（耗散$\sim10^{-4}-10^{-5}$）源于金属和半导体纳米结构之间的界面箝位损耗。
2016-10-05 cond-mat.mes-hall
Topological Metal MoP Nanowire for Interconnect
随着尺寸的减小，Cu互连的电阻不断增加，这是集成电路在7 nm技术节点之后继续缩小规模的主要挑战，因为它导致计算中不可接受的信号延迟和功耗。铜的电阻率增加，由于在纳米尺度下的互连的表面和晶界处的电子散射。拓扑半金属，由于其拓扑保护的表面状态和抑制电子背散射，是有前途的材料候选人，有可能取代目前的铜互连作为低电阻互连。在这里，我们报告有吸引力的拓扑金属钼磷纳米线的电阻率缩放，并表明电阻率值低于500 nm $^2$横截面面积的铜互连。更重要的是，我们证明了MoP纳米线的尺寸缩放，在线路电阻与总横截面积方面，优于有效的Cu和无阻挡层的Ru互连，这表明MoP是一个有吸引力的解决方案，目前的缩放挑战的Cu互连。
2022-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant Transport Anisotropy in ReS$_2$ Revealed via Nanoscale Conducting Path Control
由于层状1 T '-ReS $_2$的低面内对称性导致了强的能带各向异性，而由于缺乏有效的方法来控制局部电流路径，其在电子性质上的表现具有挑战性。在这项工作中，我们通过纳米铁电控制产生定向导电路径，揭示了单层到四层ReS $_2$中的巨输运各向异性。通过反转铁电聚合物顶层的极化，我们在300 K下在ReS $_2$沟道中诱导了> 1.5 × 10 $^8$的电导率切换比。在绝缘背景下表征的畴定义的导电纳米线表明，沿着和垂直于Re链的方向之间的电导率比可以超过5.5 × 10 $^4$。理论模拟指出了输运异常的带起源，并进一步揭示了在少层ReS $_2$中出现的平坦带。我们的工作为实现高度各向异性的2D材料设计新的集体现象和电子透镜应用铺平了道路。
2021-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Resistivity of Graphene Nanoribbon Interconnects
石墨烯纳米取向的互连制造，和提取的电阻率相比，铜。结果表明，在给定线宽（18nm<W<52nm）下，GNR的平均电阻率约为Cu丝的3倍，而最佳GNR的电阻率与Cu丝相当。的导电性被发现是有限的杂质散射以及LER散射，作为一个结果，最好的报告GNR电阻率是3倍的限制所施加的基板声子散射。这项研究表明，即使是中等质量的石墨烯纳米线也有可能超过Cu用作片上互连。
2009-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrahard BC5 -- an efficient nanoscale heat conductor through dominant contribution of optical phonons
在这项工作中，我们研究的热导率（k）的BC 5，超硬类金刚石半导体材料，使用第一性原理计算和分析的同位素无序以及长度尺度依赖的效果。在300 K下，同位素纯BC 5的k计算为169 Wm-1 K-1（沿a轴）;发现这一高k是由于由于碳（C）和硼（B）原子的轻原子质量以及强C-C和B-C键导致的声学和光学声子的高频率和声子群速度。我们还观察到在较高温度（~500 K）下，光学声子（~ 54%）在热传导中占主导地位。这种异常高的光学声子的贡献被发现是由于在BC 5中的一个独特的效果有关的光学声子散射率相对于声学声子的温度依赖性较弱。解释的效果是在高频的光学声子引起衰减到其他高频声子，其中低声子人口导致的衰减项变得对温度不敏感。该效应进一步导致在100 nm长度尺度下的77 Wm-1 K-1的高纳米级热导率，这是由于光学声子平均自由程处于纳米范围。这些结果为BC 5在纳米热管理中的应用提供了途径。
2021-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Momentum-Resolved Relaxation-Time Approach for Size-Dependent Conductivity in Anisotropic Metallic Films
提出动量分辨弛豫时间框架，结合密度泛函理论与玻尔兹曼输运方程，无需经验拟合即可准确预测各向异性金属薄膜的尺寸相关电阻率，为纳米电子学互连材料设计提供高效可靠的计算途径。
2025-08-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dependence of resistivity on surface profile in nanoscale metal films and wires
我们扩展纳米线表面散射的量子模型，将体电阻率和提取的表达式增加电阻率由于表面粗糙度。为了了解如何提高电导率，我们计算电导率从表面粗糙度的各个波长的退化，并显示如何将这些可以卷积到任意表面的电阻率。我们审查测量铜膜，并得出结论，在短波长（小于100 nm）的粗糙度占主导地位的散射，主要是镜面散射应实现RMS粗糙度低于约0.7 nm。
2007-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Graphene Heat Spreaders and Interconnects for Advanced Electronic Applications
石墨烯揭示了许多对电子学有益的独特性质，包括极高的电子迁移率和可广泛调节的费米能级。然而，石墨烯不具有电子能带隙，这对其在数字电子学中的应用提出了严重的障碍。石墨烯在电子学中实际应用的一种可能途径是利用其异常高的热导率和电子电流传导特性。这篇特邀评论概述了石墨烯的热性能，并描述了不受能带隙缺失影响的未来石墨烯技术。具体实例包括散热器、热涂层、高电流密度电极和互连。我们的研究结果表明，先进电子设备的热管理可以成为石墨烯的第一个工业规模应用。
2015-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Platform and Framework for Time-Resolved Nanoscale Thermal Transport Measurements in STEM
Humboldt-Universität zu Berlin（柏林洪堡大学）
开发了集成在扫描透射电子显微镜中的激光激发系统，结合超高分辩电子能量损失谱和外部门控直接电子探测器，实现纳米尺度热传输的时间分辨测量，并通过对非晶碳膜的测量验证了方法的有效性。
2026-03-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Simultaneous nanoscale imaging of local conductivity and chemical potential in a quantum Hall isospin ferromagnet
Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所凝聚态物理国家实验室）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物理科学学院）；School of Physics and Technology, Wuhan University（武汉大学物理科学与技术学院）；Key Laboratory for Quantum Materials of Zhejiang Province, Department of Physics, School of Science, Westlake University（西湖大学理学院物理学系浙江省量子材料重点实验室）；Key Laboratory of Quantum State Construction and Manipulation (Ministry of Education), School of Physics, Renmin University of China（中国人民大学物理学院量子态构建与操控教育部重点实验室）；Department of Physics and Astronomy, University of Manchester（曼彻斯特大学物理与天文学系）
提出扫描电导和化学势显微镜（SCCM），结合扫描微波阻抗显微镜和开尔文探针力显微镜，在双层石墨烯中同时映射量子霍尔态的局域电导和化学势，揭示了边缘扭转双双层石墨烯中量子霍尔同位旋铁磁态的级联和重现行为，并构建了完整的量子霍尔相图。
2026-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Anomalous Heat Conduction and Anomalous Diffusion in Low Dimensional Nanoscale Systems
热传递是自然界中重要的能量传递过程。声子是半导体和电介质材料中主要的热载体。傅立叶定律与电导率的欧姆定律类似，是固体传热的基本定律。它指出，热导率是独立的样品规模和几何形状。虽然傅立叶定律在描述宏观热输运方面取得了巨大的成功，但它在低维系统中的有效性仍然是一个悬而未决的问题。本文综述了低维系统热输运的实验、理论和数值研究的最新进展，包括晶格模型、纳米线、纳米管和石墨烯。我们将证明，声子输运在低维系统超扩散，这导致了尺寸依赖的热导率。换句话说，傅立叶定律在低维结构中是崩溃的。
2012-05-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Signatures of disorder in the minimum conductivity of graphene
石墨烯因其独特的电子性质而被认为是未来纳米电子学的一种有前途的材料。了解这种新纳米材料在常见实验条件下的缩放行为对于开发基于石墨烯的纳米级器件至关重要。我们提出了一个全面的实验和理论研究的影响，边缘无序和体无序的石墨烯带的最小电导率。我们首次发现了具有峰值和饱和最小电导率的强非单调尺寸标度行为。通过大量的数值模拟和分析，我们能够将这些特征归因于石墨烯器件中的边缘和体无序量。该研究阐明了实际实验石墨烯系统中的量子输运机制，可用作设计具有改进性能的石墨烯基纳米器件的指导。
2011-02-17 cond-mat.mes-hall
Activation of nominally silent domain wall-localized phonons from GHz to THz frequencies
铁电畴壁（DW）是纳米级拓扑缺陷，可以很容易地定制，以创建纳米级器件。最近发现，它们的激发是DW GHz电导率的原因，与现有技术相比，它们有望实现更快的信号传输和处理速度。在这里，我们发现DW声子从GHz频率分散到THz频率，从而解释了DW电导率中令人惊讶的宽GHz特征的起源。令人困惑的激活名义上沉默DW滑动模式BiFeO3追溯到DW倾斜，并导致壁局部声子的不对称性。得到的声子谱和选择规则被用来模拟扫描阻抗显微镜，新兴的纳米声子学作为一个强大的探针。这些结果将指导实验发现预测的声子分支和设计基于DW的纳米器件。
2019-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrical domain writing and nanoscale potential modulation on LaVO$_3$/SrTiO$_3$
在某些绝缘钙钛矿氧化物之间的界面处形成的高迁移率2DEG已经被认为是奇异物理秩序（如超导性和铁磁性及其相互耦合）的新游乐场。人们一直在努力通过表面的纳米结构化在氧化物异质结构的这种界面处实现甚至更奇特的性质。在本文中，我们报告的写入和擦除这样的氧化物异质结构LaVO $_3$ /SrTiO $_3$使用导电AFM悬臂梁的电荷域。我们以周期性的方式图案化这些域，以便在表面上创建人工晶格。通过Kelvin探针显微镜、静电力显微镜和电导率测绘，我们发现这种人工晶格不仅能捕获载流子，而且能在表面形成一个可控的电势景观，这与局部电导率的调制相一致。可逆地图案化这种纳米结构的能力提供了在高迁移率氧化物异质结构中实现超高存储密度器件的前所未有的机会。
2016-09-29 cond-mat.mes-hall
Inverse Design in Nanoscale Heat Transport via Interpolating Interfacial Phonon Transmission
我们介绍了一种基于密度的拓扑优化的非傅立叶热输运纳米结构的方法，基于伴随的声子玻尔兹曼输运方程（BTE）和一种新的材料插值技术，“传输插值模型”（TIM）的灵敏度分析。BTE优化的关键挑战是处理真实和动量分辨材料属性之间的相互作用。通过用界面传输系数参数化材料密度，TIM能够恢复硬壁和无界面极限，同时保证空隙和固体区域之间的平滑过渡。我们首先使用我们的方法来定制周期性纳米材料的有效热导率张量，然后，我们最大限度地限制扩散运输下的经典声子尺寸效应，确定一个有前途的新的热电材料设计。我们的方法能够系统地优化材料的热管理和转换，更广泛地说，设备的设计，扩散传输是无效的。
2022-10-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High Current Density and Low Thermal Conductivity of Atomically Thin Semimetallic WTe2
石墨烯之外的二维（2D）半金属在原子薄极限中相对未被探索。在这里，我们介绍了一种简便的生长机制，半金属WTe2晶体，然后制造几层测试结构，同时小心避免暴露在空气中的退化。80 nm至2 um长的器件的低场电气测量使我们能够分离固有电阻和接触电阻，揭示迄今为止研究的最薄封装和稳定的WTe2器件（3至20层厚）中的金属响应。高场电测量和电热建模表明，超薄WTe2可以承载非常高的电流密度（接近50 MA/cm 2，高于大多数常见的互连金属），尽管热导率非常低（约3 W/m/K）。这些结果表明，这种层状半金属的空气稳定的技术可行性的几种途径。
2016-08-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing nanoscale thermal transport with cathodoluminescence thermometry
热特性对具有纳米级结构的器件的效率和灵敏度具有巨大的影响，例如在集成电子电路中。存在许多用于半导体纳米结构的热导率测量，但受到光的衍射极限、对换能器层的需要、探针的慢扫描速率、超薄样品要求或大量制造的阻碍。在这里，我们克服了这些限制，通过从GAN纳米线的带隙阴极射线发光测量中提取温度，空间分辨率受到电子级联的限制，并使用它以三种新的方式确定热导率在19-68 W/m*K的范围内。电子束同时作为一个温度探头，并作为一个受控的δ函数一样的热源，使用稳态的方法来测量热导率，我们介绍了一种频域方法，使用脉冲电子束激发。我们探索的不同热导率测量结果在误差范围内一致。我们的研究结果提供了新的方法来测量热性能，允许快速，原位，高分辨率的测量集成电路和半导体纳米器件，并打开了基于电子束的纳米尺度声子输运研究的大门。
2020-12-29 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Gallium Arsenide Thermal Conductivity and Optical Phonon Relaxation Times from First-Principles Calculations
本文采用第一性原理晶格动力学方法计算了GaAs晶体的热导率。谐波和立方力常数通过将它们拟合到来自密度泛函理论计算的力-位移数据而获得。利用简谐力常数构造的动力学矩阵计算声子色散，利用费米黄金定则计算声子弛豫时间。计算的GaAs热导率与实验数据吻合良好。得到了热导累积随声子平均自由程和波长的变化关系。我们的研究结果预测在纳米尺度下GaAs的热导率有显著的尺寸效应。研究了光学声子的弛豫时间及其在不同散射通道中的贡献。这些信息将有助于理解热声子效应的GaAs基器件。
2013-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Semiconductor nanofilms as thermal phonon polarizers: competing effects of scattering selection rules and boundary mode conversion
Indian Institute of Science（印度科学研究所）
研究声子散射选择规则对纳米半导体薄膜热流的调制，通过第一性原理计算揭示其与边界模式转换的竞争，驱动低温下模式极化热电流，可实现纳米薄膜声子耦合的对称选择性工程。
2026-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain Induced Modulation of Local Transport of 2D Materials at the Nanoscale
George Washington University（乔治华盛顿大学）；University of California at San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
研究通过原子力显微镜探讨应变对二维材料局部导电性的影响，揭示应变与导电性变化的关系，为下一代器件设计提供新思路。
2020-12-14 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Thermal properties of nanocrystalline silicon nanobeams
在纳米尺度下控制热能传递在许多应用和热性质中已经变得至关重要，因为它常常限制器件性能。在这项工作中，我们研究的影响所产生的纳米级结构的独立的纳米晶硅薄膜和增加的表面体积比时，制造成悬浮的光机械纳米梁的热导率。我们表征了不同晶粒尺寸的结构中的热传输，并阐明了晶粒尺寸和几何尺寸对热导率的相对影响。我们使用微时域热反射法研究的晶粒尺寸分布的影响，从10到400 nm，在独立的纳米晶硅薄膜的热导率考虑表面声子和晶界散射。我们发现热导率急剧下降，下降到10 W.m^{-1}.K^{-1}或更低，这只是单晶硅电导率的一小部分。减小晶粒尺寸进一步降低导热率。我们还观察到，这种效果是较小的OM纳米结构比在膜由于在降低热导率的表面散射的竞争。最后，我们介绍了一种新的多功能非接触式表征技术，可以适应于任何结构支持的热位移光共振，并使用它来评估的热导率。这种方法可以用于与光学共振表现出不同的模式配置文件和数据示出同意定量与热反射测量。这项工作开辟了一条道路，以一个更普遍的热表征的光机械腔，并创建热点与工程形状在所需的位置在结构中作为一种手段，研究耦合光子-声子结构中的热输运。
2021-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Mechanically Exfoliated Metallic Delafossite PdCoO2 Nanomembranes: Quantum Transport and Electrical Evaluation Toward Interconnect Applications
University of Minnesota, Twin Cities（明尼苏达大学双城分校）
本文通过机械剥离制备单晶PdCoO2纳米膜，研究准二维输运性质，观测到Shubnikov-de Haas和Aharonov-Bohm振荡，并评估其互连应用潜力，展示出高电流密度和热稳定性。
2026-06-23 cond-mat.mes-hall
Surface-dominant transport in Weyl semimetal NbAs nanowires for next-generation interconnects
本研究通过热机械纳米成型合成了直径最小40 nm的单晶Weyl半金属NbAs纳米线，其室温电阻率低至9.7 +/- 1.6 microOhm-cm，归因于表面主导导电，展现出高击穿电流密度和热导率，有望成为超越铜基限制的下一代互连材料。
2025-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Mitigating the Effect of Nanoscale Porosity on Thermoelectric Power Factor of Si
向热电材料添加孔隙率可以通过降低热导率来显著增加品质因数ZT。不幸的是，孔隙率也对品质因数ZT的分子中的热电功率因数有害。在这篇手稿中，我们得出的策略，以收回纳米多孔硅的电性能，通过微调的载流子浓度，并通过明智的设计的孔径和形状，以提供能量选择性电子过滤。在这项研究中，我们认为磷掺杂硅含有离散的孔隙，无论是球体，圆柱体，立方体，或三棱柱。从这些孔的效果进行了比较，从圆形，正方形和三角形的横截面形状，和垂直于电流的无限长的延伸孔。半经典玻尔兹曼输运方程被用来模拟硅的热电功率因数。该模型揭示了三个关键结果：塞贝克系数的最大增强发生在立方孔。分数改善在低载流子浓度（$< 10^{20}\ \mathrm{1/cm^3}$）下为约15%，在特征长度约为$\sim 1\ \mathrm{nm}$的高载流子群下高达60%。为了在室温下获得最佳的能量过滤效果，纳米多孔Si需要被掺杂到比体Si的最佳载流子浓度更高的载流子浓度。最后，在$n$型Si热电体中，可以用纳米级孔隙率产生的电子过滤效果显著低于理想的过滤效果;然而，可以获得的塞贝克系数的增强足够大以抵消由孔隙率引起的电导率的降低。
2021-03-26 cond-mat.mes-hall
Terahertz magneto-nanoscopy of encapsulated monolayer graphene
Ames National Laboratory, US Department of Energy（艾姆斯国家实验室）；Kangwon National University（江原国立大学）；Incheon National University（仁川国立大学）；Iowa State University（爱荷华州立大学）
研究太赫兹波下封装单层石墨烯的纳米尺度导电性，利用s-SNOM技术探测磁场依赖响应，揭示磁场对狄拉克费米子回旋共振的影响，为理解二维量子材料中太赫兹传输提供基础。
2026-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Thermal Conductivity of Suspended Few-Layer MoS2
改变纳米材料中声子的热导率不仅对基础研究而且对实际应用都有重要意义。然而，由于技术上的挑战，在纳米尺度上，特别是在二维材料中定制热导率的实验很少。在这项工作中，我们演示了原位测量的二硫化钼的导热系数，并发现它的导热系数可以连续调谐到所需的值从结晶到非晶的限制。导热系数的降低是从声子缺陷散射中理解的，声子缺陷散射降低了声子透射系数。超过阈值，观察到热导率的急剧下降，这被认为是结晶-非晶转变。我们的方法和结果为热电，光电子和能量收集中的潜在应用提供了指导，其中热管理对于进一步集成和小型化至关重要。
2018-02-26 cond-mat.mes-hall
Modelling of time-dependent electrostatic effects and AFM-based surface conductivity characterization
本研究针对传统AFM静电模型忽略动态电荷效应的问题，引入纳入电荷动力学的理论框架，建立特征时间尺度$τ$，通过多种氧化石墨烯材料实验验证频率偏移与表面电导率的强相关性，为二维材料电荷动力学评估和表面电导率估算提供新方法。
2025-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thermal boundary conductance and thermal conductivity strongly depend on nearby environment
本文通过分子动力学模拟Si/Ge体系，揭示邻近界面和材料会显著改变热边界导与热导率，并提出声子滤波机制解释，为纳米尺度热管理开辟新方向。
2024-05-07 cond-mat.mes-hall
Monte Carlo Simulation of Single-Crystalline PbSe Nanowire Thermal Conductivity Using First-Principle Phonon Properties
先前的实验研究表明，由于纳米线的强烈诱导声子边界散射，纳米线是改善实用热电材料的热电性能的有希望的结构。然而，很少有研究从第一性原理方法研究声子边界散射对热电纳米线热导率的影响。在这项工作中，我们系统地研究了声子边界散射与不同的边界镜面反射的PbSe纳米线的热导率的作用，通过严格求解全声子玻尔兹曼输运方程没有任何可调参数。我们观察到显着的热导率降低粗糙的PbSe纳米线的直径小于几百纳米。在室温下，对于10 nm厚的粗糙PbSe纳米线，减少达到~ 40%。的直径相关的热导率被发现包含重要的信息，从一个标准的重建算法的声子平均自由程分布。模拟结果对于理解热电材料中纳米尺度的热输运具有重要意义，并将指导未来热电器件的设计，以实现更好的能量转换效率。
2017-01-01 cond-mat.mes-hall
Visualization of Mesoscopic Conductivity Fluctuations in Amorphous Semiconductor Thin-Film Transistors
本研究利用微波阻抗显微镜对a-IGZO薄膜晶体管进行千兆赫兹电导率成像，揭示了亚阈值区域约200 nm尺度的介观电导率涨落，并通过随机势垒模型模拟了势能景观，为微观理解非晶半导体电荷传输机制提供了直观方法。
2023-12-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity reduction due to phonon geometrical scattering in nano-engineered epitaxial germanium
本文通过实验与蒙特卡罗模拟研究嵌入Ge3Mn5纳米夹杂物的外延锗薄膜，揭示纳米夹杂体积分数对声子热导率降低及温度依赖性的关键作用。
2024-04-30 cond-mat.mes-hall
A Si-memristor electronically and uniformly switched by a constant voltage
非晶绝缘体具有局域波函数，其随距离$r$跟随exp（$-r/ζ$）衰减。由于在$r<ζ$中不排除纳米级导电，因此可以使用非晶绝缘体并利用它们的尺寸效应用于纳米电子应用。电压调节的纳米级电导率已经用于称为忆阻器的金属-绝缘体-金属器件中。但通常它们的可调电导率不是来自电子，而是来自化学计量形成的细丝内的迁移离子，因此它们的组合电阻器-存储器性能受到影响。在这里，我们证明了基于非晶硅的忆阻器可以具有延伸到整个器件厚度的相干电子波函数，超过15 nm。值得注意的是，尽管该器件具有大的纵横比和非常薄的厚度，但其电子仍然遵循各向同性的三维路径，从而在纳米尺度上提供均匀的导电性。非晶绝缘体中的这种路径来自重叠的间隙状态，并由捕获电荷调节，捕获电荷通过电子-晶格相互作用稳定;这使得忆阻器表现出压力触发的绝缘体$\rightarrow$金属跃迁。快速、均匀、耐用、低功率和纯电子忆阻器，没有离子迁移忆阻器的缺点，已经由各种非晶硅组合物制造，并且可以容易地集成到硅技术中。因此，非晶硅可以为构建近端存储器、晶体管等提供理想的平台。
2018-06-12 cond-mat.mes-hall
Anisotropic In-plane Thermal Conductivity of Freestanding Few-layer ReS2
Indian Institute of Science（印度科学研究所）
研究少层ReS2面内各向异性热导率，通过偏振分辨光热拉曼测温法提取其热导率，发现样品有明显面内各向异性，AA堆叠薄片热导率更高，面内热导率对厚度非单调依赖，为二维材料声子传输提供见解，凸显其在热管理等应用潜力。
2026-07-16 cond-mat.mes-hall
From kinetic to collective behavior in thermal transport on semiconductors and semiconductor nanostructures
我们提出了一个模型，深入到正常散射的半导体块体，微米和纳米尺度样品的热导率的作用。热导率作为温度的函数经历从动力学到集体制度的平滑过渡，这取决于正常散射事件的重要性。我们证明，在这个过渡，关键点，以适应实验数据是改变的方式来执行的平均散射率。我们将该模型应用于不同同位素组成的体硅，获得准确的拟合。在此基础上，我们仅引入有效尺寸作为附加参数，计算了硅薄膜和纳米线的热导率。该模型通过单个表达式提供了对热导率行为的更好预测，适用于所有温度和30 nm以上的尺寸。该模型避免了限制效应或量子效应的引入，使得在纳米系统的热导率研究中建立经典理论的极限。
2014-02-14 cond-mat.mes-hall
Conductivity and size quantization effects in semiconductor $δ$-layer systems
本文采用开放系统三维实空间量子力学方法研究硅磷 $\delta$ 层及其隧道结，揭示宽度阈值与传播模式对电导率及电子态分布的量子化影响。
2022-09-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Epitaxial metals for interconnects beyond Cu
使用Fuchs-Sondheimer的半经典模型对生长在c面蓝宝石衬底上的Co（0001）和Ru（0001）单晶薄膜的实验测量电阻率与厚度的函数进行建模。模型拟合表明，Ru的电阻率将在大约20 nm的厚度处交叉低于Co的电阻率。对于厚度大于20 nm的Ru膜，透射电子显微镜证据线程和失配位错，堆垛层错和变形孪晶。Co膜暴露于环境空气中，以及在Ru上沉积SiO2、MgO、Al 2 O3和Cr2 O3的氧化物层降低了金属层的表面镜面度。然而，对于Ru膜，在还原环境中退火恢复表面镜面反射。Co在外延沉积的Ru层上的外延电化学沉积被用作示例来证明产生用于后端制程结构的外延互连的可行性。以Ru互连线为例，描述了一种基于紧束缚方法的电子输运模型。该模型允许计算包含大原子系综（10^5-10^6）的结构的电导率，与系统尺寸呈线性关系，也可以包含缺陷。
2020-04-02 cond-mat.mes-hall
Engineering Enhanced Thermal Transport in Layered Nanomaterials
一个全面合理的热材料设计范例需要能够降低和提高纳米材料的导热系数。与现有的降低热导率的能力相反，允许增强热传导的方法目前是有限的。提高纳米级的热导率可以带来电子，光电子和光伏系统性能的根本改善。在这里，我们表明，增强的热导率可以实现在半导体纳米结构，通过合理的工程材料之间的声子光谱耦合。通过在硅层之间嵌入锗膜，我们表明，它的热导率可以增加超过100%，在室温下相比，一个独立的薄膜。声子从包覆硅层的注入产生了所观察到的热导率的增强。我们研究了声子注入机制的关键因素，发现表面粗糙度和层厚度起着决定性的作用。这封信中提出的研究结果将允许创建具有更高导热性的纳米材料。
2017-10-05 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
