The Nernst effect in Corbino geometry
本文研究了Corbino盘在正常外磁场和径向温度梯度作用下的能斯特效应。的Corbino几何提供了一个宝贵的机会，直接测量的磁化电流被掩盖的动力学贡献的能斯特电流在传统的几何形状。磁化电流，也被称为边缘电流，是独立的样品的电导率，这就是为什么它们可以方便地描述在热力学方法。它们可以与无限系统的朗道热力学势联系起来。我们表明，这种纯粹的热力学，能斯特效应的可观察到的表现形式包括在强振荡的磁场作为外部场的函数在磁盘的中心测量。振荡取决于盘边缘的温差。狄拉克费米子和二维电子的抛物谱的特点是振荡的相位和频率不同。我们预测定性不同的能斯特信号的大小对正常和狄拉克载波的化学势的功率依赖性。
2019-11-23 cond-mat.mes-hall
Ultra-High Carrier Mobilities in Ferroelectric Domain Wall Corbino Cones at Room Temperature
近年来，异质带绝缘体（如铝酸镧和钛酸锶）之间的导电异质界面吸引了相当大的研究兴趣。电荷输运已被彻底探索，导电的基本方面已被牢固确立。也许令人惊讶的是，对概念上更简单的导电同质界面的类似见解，例如在同一铁电带绝缘体内分隔不同电极化方向的区域的畴壁，几乎没有那么发达。针对这种差异，我们在这里报告的磁阻在近似圆锥形的180度带电畴壁，这发生在部分开关铁电薄膜单晶锂的氧化物。该系统是理想的这样的测量：首先，畴和畴壁之间的电导率差异是非常和异常大（至少为1013的因子），并且因此驱动通过平面顶部和底部电极之间的薄膜的电流压倒性地沿着壁被引导;其次，当电接触到畴壁的顶部和底部并且沿它们的锥轴施加磁场时（垂直于薄膜表面），则测试几何形状反映了Corbino盘的几何形状，这是用于几何磁阻测量的教科书布置。我们的数据意味着载流子在畴壁具有极高的室温霍尔迁移率高达~ 3，700 cm 2 V-1 s-1。这对于氧化物界面（以及体氧化物）来说是无与伦比的值，并且与通常在低温而不是室温下看到的其他系统中的迁移率最具可比性。
2022-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantization of the Hall conductivity well beyond the adiabatic limit in pulsed magnetic fields
我们测量霍尔电导率，$σ_{xy}$，在Corbino几何样品的高迁移率AlGaAs/GaAs异质结构在脉冲磁场。在约80 mK的浴温下，我们观察到在整数填充因子下$σ_{xy}$中良好表达的平台。在脉冲磁场中，电子波函数的相位相干性的Laughlin条件被强烈违反，因此，对于$σ_{xy}$量子化不是至关重要的。
2001-04-23 cond-mat.mes-hall
Highly sensitive thermal conductivity measurements of suspended membranes (SiN and diamond) using a 3w-Volklein method
介绍了一种用于测量膜热物性的悬挂式系统。灵敏的热测量是基于耦合到V $\ddot{o}$ lklein几何的3 $ω$动态方法。使用微加工工艺获得的装置允许测量膜的面内热导率，其灵敏度小于10 nW/K（室温下+/- $5x10^{-3}$ Wm $^{-1}K^{-1}$）和非常高的分辨率（$ΔK/K =10^{-3}$）。位于膜中心的传感器（加热器/温度计）用于产生热通量的振荡，并使用惠斯通电桥装置测量三次谐波下的温度振荡。在室温下测得的功率低至0.1nanoWatt。该方法已用于测量厚度为100 ~ 400 nm的低应力氮化硅薄膜和多晶金刚石薄膜的热性能。在多晶金刚石膜上测量的热导率支持对热传输的显著晶粒尺寸效应。
2012-01-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Thermal conductivity tuning of scalable nanopatterned silicon membranes measured with a three-probe method
研究通过三探针法改进测量技术，实现对纳米图案化硅膜热导率的可控调节，展示了通过蚀刻孔洞实现热输运调控的方法，实验在30-350K范围内获得热导率降低五倍的成果。
2026-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two orders of magnitude reduction in silicon membrane thermal conductivity by resonance hybridizations
通过在一个或两个表面上附着纳米级柱，可以显著降低独立式单晶硅膜的热导率。纳米柱的原子共振与基底膜声子模式局部地和固有地耦合，使得这些模式在声子能带结构中的每个耦合位置处杂交和平坦化。随后的群速度降低，原则上可以被调整为在硅的整个光谱上发生，导致基膜中的面内热导率降低。使用平衡分子动力学模拟，我们报告了一个惊人的两个数量级的减少，在室温下的热导率由这种机制。
2016-07-03 cond-mat.mes-hall
Probing Growth-Induced Anisotropic Thermal Transport in CVD Diamond Membranes by Multi-frequency and Multi-spot-size Time-Domain Thermoreflectance
GaN基高电子迁移率晶体管的最大输出功率受到局部自加热引起的高沟道温度的限制，这降低了器件的性能和可靠性。随着这些设备内产生的热通量达到接近太阳表面的十倍的量级，化学气相沉积（CVD）金刚石是一种有吸引力的候选物，以帮助提取这种热量，从而保持这些高功率电子设备的工作温度尽可能低。由于观察到的不均匀结构，CVD金刚石膜表现出3D各向异性热导率，这可能导致与给定应用中预期的冷却性能显著不同。本文采用时域热反射法（TDTR）从11.8 μ mCVD金刚石膜的成核面测量了金刚石膜的热性质。从大于膜厚度的光斑直径开始，在1.2 MHz至11.6 MHz的各种调制频率下进行测量，以调整热渗透深度，随后通过TDTR对金刚石部分进行采样。我们将膜分为十个子层，并假设各向同性的热导率在每个子层。由此，我们观察到该膜的深度依赖性热导率的2D梯度。通过在多个频率下测量同一区域的较小光斑尺寸，分别提取了面内和跨面热导率。通过使用多个光斑尺寸和调制频率，通过将实验数据拟合到热模型，实验获得CVD金刚石膜的3D各向异性热导率。这项工作提供了洞察力，以提高对CVD多晶金刚石膜的热传导不均匀性的理解，这是很重要的高功率电子设备的热管理应用。
2017-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Vibronics of multi-material nanopillared membranes and impact on the thermal conductivity
研究硅膜表面纳米柱产生的振动子与传热声子耦合降低面内热导率的机制，发现低频振动子起竞争作用，且分子动力学模拟表明带氮化镓纳米柱的硅膜热导率更低。
2024-03-07 cond-mat.mes-hall
Statistical properties of the low-temperature conductance peak-heights for Corbino discs in the quantum Hall regime
最近的一个理论为整数和分数量子霍尔体系中二维电子系统的低温电导（和电导率）峰高的“非普适标度”提供了一个可能的解释。这种解释是基于这样的假设，即表现出这种行为的样品含有密度不均匀性。然后，理论将非通用电导峰高与定义在空间变化的局部载流子密度上的连续渗流模型的"交替渗流簇的数目“相关联。我们讨论的统计特性的交替渗滤集群的数量为Corbino盘样品的随机密度波动的相关长度相比，小的样本大小。这允许确定这样的样品的低温电导峰高的统计特性。我们专注于一系列的填充分数在中心的平台过渡的渗滤模型可能被认为是关键的。我们呼吁共形不变性的临界渗流，并认为感兴趣的属性是直接相关的相应数量的数值计算的键渗透在一个圆柱体上。我们的研究结果允许一个下限被放置在非普遍的电导峰高，我们比较这些结果与最近的实验测量。
1996-11-05 cond-mat.mes-hall
Peltier cooling in Corbino-geometry quantum Hall systems
Institute for Solid State Physics, The University of Tokyo（东京大学固体物理研究所）
研究科尔比诺几何量子反磁系统中珀尔贴系数$Π_{rr}$的特性，通过自洽Born近似计算谱导电性，发现其在整数反磁能级填充附近呈现显著负或正值，且随温度或杂质减少而增大，接近无杂质极限下的锯齿形状。
2026-03-19 cond-mat.mes-hall
Bulk Thermal Conductance of the 5/2 and 7/3 Fractional Quantum Hall States in the Corbino Geometry
本研究测量了 Corbino 几何中 5/2 和 7/3 分数量子霍尔态的体热导，发现其体部导热且大幅违反 Wiedemann-Franz 定律，并与先前研究结果基本一致。
2025-09-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Thermal transport size effects in silicon membranes featuring nanopillars as local resonators
硅膜图案化的纳米尺度的支柱站在表面上提供了一个实用的平台，通过共振杂交的热导率降低。使用分子模拟，我们调查的影响纳米柱的大小，单元格的大小，和有限的结构尺寸上的净容量的本地谐振器在降低基底膜的热导率。结果表明，热导率的减少增加的单位纳米柱的体积尺寸的基膜的比例增加，这种减少的强度与单位细胞的大小以依赖于体积比的速率变化。考虑到样品的大小，共振诱导的热导率下降示出的单位细胞的数量略有增加，直到它最终会趋于平稳。
2016-05-10 cond-mat.mes-hall
The thermal conductivity of silicon nitride membranes is not sensitive to stress
我们已经测量了从10 K到300 K的两个幅度的内应力（约0.1 GPa和1 GPa）和两个不同的厚度（50 nm和100 nm）的悬浮膜的热性能。使用原始的3 ω-ε-lein方法允许在宽的温度范围内提取每个SiN膜的比热和热导率。相同的基板的机械性能已被测量在氦气温度下使用nanomechanical技术。我们的测量结果表明，在独立的SiN膜的热传输是不受内应力的存在。因此，即使Qs随着张应力的增加而增加，机械耗散也不受影响。因此，我们证明了由Wu和Yu [Phys.Rev.B84，174109（2011）]开发的理论不适用于该应力范围内的该非晶材料。另一方面，我们的结果可以被看作是“耗散稀释”论点的自然结果[Y。L. Huang和P.R. Saulson，Rev. Sci.仪器69，544（1998）]，其已经在机械阻尼的背景下引入。
2015-06-05 cond-mat.mes-hall
Direct Measurement of Room Temperature Non-diffusive Thermal Transport Over Micron Distances in a Silicon Membrane
室温下硅中载热声子的“教科书”声子平均自由程（MFP）为~40 nm。然而，对热导率的较大贡献来自具有长得多的MFP的低频声子。我们提出了一个简单的实验表明，室温下的热输运在Si显着偏离扩散模型已经在微米的距离。交叉的激光脉冲在独立的硅膜中的吸收建立了通过探测激光束的衍射来监测的正弦温度分布。通过改变热光栅的周期，我们在~1-10 μm的范围内改变热传输距离。在小的距离，我们观察到的有效热导率的减少，表明从扩散到弹道输运制度的声子谱的低频部分的过渡。
2012-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanoantenna properties of graphene membrane. Quantum theory
研究了太赫兹波段弱激活交变电场对石墨烯薄膜的辐照。采用基于含时密度矩阵方法的量子方法。在外场近似下，得到了石墨烯薄膜密度矩阵方程的线性精确解。研究了石墨烯的电磁响应，即在忽略损耗的情况下，得到了石墨烯的感应电流和电导率的计算公式，并进行了分析。所得到的电导率公式表明，石墨烯膜是一个振荡的轮廓，其基本特征频率与电导率的奇点相吻合。这个公式允许我们计算石墨烯膜的电感和电容。因此，石墨烯膜可以用作天线或晶体管。结果表明，它的本征频率可以通过掺杂来调节，因为它的值被发现依赖于电子浓度。由于石墨烯中的电子浓度可能有很大的不同，因此本征频率可以在1-100太赫兹的相当大的频率范围内调谐。所发现的浓度依赖性与实验相关。这将是有用的，考虑到所获得的结果时，构建设备包含石墨烯膜纳米天线允许纳米系统之间的无线通信。这可能是能量收集应用的有前途的研究领域。
2015-11-17 cond-mat.mes-hall
Non-Hermitian effect to the ballistic transport and quantized Hall conductivity in 2H-MoS$_{2}$
本研究通过多通道霍尔测量配置，探究了2H-MoS$_{2}$中非厄米效应对弹道输运和量子化霍尔电导率的影响，发现室温下量子化电导率取决于部分填充的Landau能级数而非非厄米相互作用，且低温下霍尔平台因电子过滤贡献被破坏。
2024-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coupled elastic membranes model for quantum heat transport in semiconductor nanowires
本文提出了一个由耦合弹性膜组成的纳米线模型，目的是研究准一维量子系统中的热输运。每个弹性膜的振动被量子化，并且允许振动能量在相邻膜之间流动。纳米线的末端附着在保持在不同温度下的热浴中。我们推导了纳米线上能量流动的量子主方程，得到了热电流等关键观测量。我们通过随机化膜半径来研究无序边界对热流的影响。我们评估模型作为纳米线模拟以及研究的无序边界上的热导率的影响。计算结果表明，膜晶格模型表明，直径声子限制和严重减少的热导率由于表面粗糙度，这是半导体纳米线的特性。表面粗糙度还产生$κ=αL^β$形式的热导率的长度依赖性，其中$β$依赖于在其它弹道状态下的无序特性。最后，该模型的参数拟合到现有的实验数据的硅纳米线和计算的结果进行评估对实验数据。
2019-01-15 cond-mat.mes-hall
On corrected formula for graphene quantum conductivity
研究了太赫兹范围内周期性弱激活电场对石墨烯薄膜的辐照。得到了石墨烯量子电导率的修正公式，该公式给出了辐射偏振方向为顺时针或反时针时的复共轭结果。发现的公式允许我们看到石墨烯膜是振荡的轮廓。它的本征频率与电导率的奇点相一致，并依赖于电子浓度。因此，石墨烯膜可以用作天线或晶体管，并且其本征频率可以通过掺杂在大的太赫兹-红外频率范围内进行调谐。所得到的公式还允许我们计算石墨烯膜的量子电感和电容。所发现的电子浓度的依赖性与实验一致。证明方法是基于对含时密度矩阵的研究。在外场线性近似下，得到了密度矩阵的冯·诺依曼方程的精确解。在此基础上，研究了感应电流，得到了量子电导率与外场频率和温度的关系式。本文提出的证明方法可用于研究其它问题。所得到的量子电导率公式可用于修正SPPs色散关系和描述辐射过程。当构建含有石墨烯膜纳米天线的装置时，考虑所获得的结果将是有用的。这样的项目可以使在纳米系统之间建立无线通信成为可能。这将是能量收集应用的有前途的研究领域。
2017-01-14 cond-mat.mes-hall
Wiedemann-Franz law for massless Dirac fermions with implications for graphene
在Crossno等人的2016年实验中[Science 351，1058（2016）]，发现电子对石墨烯热导率的贡献违反了众所周知的金属Wiedemann-Franz（WF）定律。在液氮温度下，电荷中性样品的热导率比WF定律预测的高10倍以上，这归因于粒子之间的相互作用导致流体力学描述的集体行为。在这里，我们表明，通过适应手册推导的WF法律的情况下，无质量狄拉克费米子，显着增强的热导率也应该出现在几个-甚至亚开尔文温度，在那里的相互作用的作用可以忽略不计。还提供了弹道石墨烯中矩形和盘形（Corbino）器件的Landauer-Büttiker形式主义内获得的数值结果的比较。
2021-04-16 cond-mat.mes-hall
Graphene: A sub-nanometer trans-electrode membrane
隔离的原子级薄石墨导电膜，称为石墨烯，最近一直是激烈研究的主题，希望在从电子到能源科学等领域的实际应用将会出现。在这里，我们表明，当浸入离子溶液中时，石墨烯层具有新的电化学性质，使其成为反式电极。跨电极的性质是其两个相对的液-固界面的原子尺度接近性以及石墨烯的众所周知的面内导电性的结果。我们发现，几个跨电极性能揭示了CVD生长的石墨烯膜，分离两种水离子溶液的离子电导率测量。尽管这种膜只有一到两个原子层厚，我们发现它是一个显着的离子绝缘体，具有非常小的稳定电导率，取决于溶液中的离子种类。对其中钻有单个纳米孔的石墨烯膜的电学测量表明，该膜的有效绝缘厚度小于1纳米。这种小的有效厚度使得石墨烯成为非常高分辨率、高通量的基于纳米孔的单分子检测器的理想基底。基于石墨烯的面内电子电导率响应于跨电极环境和电压偏置的调制的传感器将提供对电极表面的原子过程的新见解。
2010-06-17 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph
Thermal Rectification in CVD Diamond Membranes Driven by Gradient Grain Structure
热二极管是声子学的基本元件之一，它与微电子学中的电子整流器和二极管类似，是不对称地传递热流的。热量可以很容易地通过它们在一个方向上传导，而在另一个方向上被阻挡。在这项工作中，我们报告了一个容易制造的介观尺度化学气相沉积（CVD）金刚石热二极管没有急剧的温度变化驱动的梯度晶粒结构的CVD金刚石膜。我们建立了一个具有完全声子色散关系的金刚石热导率的光谱模型，以显示CVD金刚石膜中显着的热整流。为了解释所观察到的热整流，CVD金刚石膜中的温度和热导率分布进行了研究。此外，温度偏置和金刚石膜厚度的影响进行了讨论，这对调整CVD金刚石膜的热整流。锥形晶粒结构使得CVD金刚石膜以及具有梯度晶粒结构的潜在的其他CVD膜结构成为容易制造的中尺度热二极管的优秀候选者，而没有急剧的温度变化。
2017-12-30 cond-mat.mes-hall
Heat transport in ultra-thin dielectric membranes and bridges
用弹性理论计算了非均匀介质膜中的声子模及其色散关系。该方法不同于以往的严格考虑的膜表面上的模式与不同的偏振的影响。我们计算的膜的热容量和窄桥切出这样的膜的热导率，在温度范围内的尺寸有很大的影响的结果。在高温制度，我们恢复的三维体的结果。然而，在低温极限下，热容$C_V$与$T$（温度）成比例，而窄桥的热导率$κ$与$T^{3/2}$成比例，导致热截止频率$f_c=κ/C_V\propto T^{1/2}$。
2004-04-28 cond-mat.mes-hall
Interaction of Lamb modes with two-level systems in amorphous nanoscopic membranes
使用一个广义模型之间的相互作用的两个能级系统（TLS）和任意变形的材料，我们计算的相互作用的Lamb模式与TLS在非晶纳米膜。我们比较了不同对称性的兰姆模的平均自由程，并计算了热导率$κ$。在无限宽膜的极限下，导热系数是发散的。然而，膜的有限尺寸对声子频率施加较低的截止，这导致$κ\propto T(a+b\ln T)$的温度依赖性。这种温度依赖性是低温下TLS限制的热导率的标志。
2007-05-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Magnetism on the thermal dynamics of 2D antiferromagnetic membranes
本研究提出将磁弹性贡献纳入二维反铁磁薄膜热弹性动力学的理论方案，扩展格律乃森关系，预测有效参数随温度变化，并在FePS3谐振器实验中验证。该方法有助于理解受限二维反铁磁材料的热-磁耦合行为。
2023-12-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric bolometers based on ultra-thin heavily doped single-crystal silicon membranes
我们目前超薄硅膜热电偶测辐射热计适合于快速和灵敏的检测低水平的热功率和红外辐射在室温下。这些器件基于40 nm厚的应变调谐单晶硅膜，其形状为加热器/吸收器区域和窄的n型和p型掺杂梁，其作为热电偶工作。的设备的电热特性显示噪声等效功率为13 pW/rtHz和热时间常数为2.5 ms。高灵敏度的设备是由于高塞贝克系数为0.39 mV/K和减少的热导率的Si梁从体值。测辐射热计工作在热电偶的约翰逊-奈奎斯特噪声极限内，并讨论了接近温度波动极限工作时的性能改进。
2017-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomically-thin micas as proton conducting membranes
石墨烯和六方氮化硼（hBN）的单层对热质子是高度可渗透的。对于较厚的二维（2D）材料，质子传导率呈指数级减小，使得例如仅三个原子厚的单层MoS 2完全不透质子。这似乎表明，只有一个原子厚的晶体可以用作质子传导膜。在这里，我们表明，几层云母，而厚的原子尺度上成为优秀的质子导体，如果原生阳离子的质子进行离子交换。它们的面积电导率超过石墨烯和hBN的面积电导率一到两个数量级。重要的是，离子交换的2D云母在质子传导材料的臭名昭著的间隙内表现出这种高电导率，该间隙从100 C延伸到500 C。质子交换单层云母的面积电导率在500 C下可达到100 S cm-2以上，远高于当前工业路线图的要求。我们将快速的质子渗透归因于5A宽的管状通道，该管状通道是云母的晶体结构，其在离子交换后内部仅包含羟基。我们的工作表明，可能存在其他具有类似纳米尺度通道的2D晶体，这可能有助于缩小质子传导应用中的材料差距。
2019-06-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Zero-field thermopower of a thin heterostructure membrane with a 2D electron gas
我们研究了含有二维电子系统的微米级独立膜的低温热电势。用分子束外延技术生长GaAs/AlGaAs异质结，制备了320 nm厚的悬浮膜，其中包括34 μ m长的高电子迁移率霍尔栅结构。在膜的中心区域上的焦耳加热相对于膜附接到冷储器的悬挂点产生热梯度。对膜的温度测量揭示了由于低热导率而导致的强热梯度。我们测量了零场热电势，发现声子拖曳的贡献在低温下被抑制到7 K。
2011-11-05 cond-mat.mes-hall
Surface phonon-polaritons enhance thermal conduction in SiN nanomembranes
表面声子-极化激元可以在介电膜的表面上携带能量，因此预期有助于热传导。然而，表面声子极化激元（SPhPs）的热输运的贡献还没有实验证明。在这项工作中，我们通过实验测量了非晶氮化硅膜的有效面内热导率，并表明当膜厚度按比例减小时，SPhPs确实可以显著增加面内热导率。特别是，通过将薄膜（<100 nm）从300 K加热到800 K，由于SPhPs的贡献，热导率增加了两倍。
2019-08-04 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Efficient calculations of the Mode-Resolved ab-initio thermal Conductivity in nanostructures
均质材料热输运的第一性原理计算已达到了显著的预测能力。然而，在纳米结构中确定性地建模声子输运提出了新的挑战;值得注意的是，它需要求解与离散布里渊和偏振中的波矢量组合的数量一样多的代数方程。我们发现，在玻尔兹曼输运方程（BTE）的弛豫时间近似，这个问题是通过插值的矢量声子平均自由程（MFP）空间中的声子分布解决。结构和模式分辨热传输之间的耦合的角度分辨体热导率和声子抑制功能，后者主要与材料的几何形状。我们的方法，被称为各向异性MFP-BTE（aMFP-BTE），允许快速和准确的热导率计算纳米材料的声子分支和波矢量的数量无关。此外，它与第一原理热传输计算自然融合，因此允许多尺度，无参数模拟。我们应用aMFP-BTE来计算多孔Si膜的模式分辨有效热导率，相对于没有插值的情况，实现了高达50倍的速度。所提出的方法解锁了新型纳米结构的工程，并应用于热电和热管理。
2021-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Local thermal resonance control of GaInP photonic crystal membrane cavities using ambient gas cooling
我们使用连续波紫激光器对GaInP光子晶体腔进行了空间相关的调谐。通过激光加热光子晶体膜获得局部调谐。腔共振位移测量不同的泵的位置和两种环境气体：氦和氮。我们发现，膜中诱导的温度分布的宽度在很大程度上取决于环境气体的热导率。对于He气体，预测了2.8 μ m的窄空间宽度的温度分布，并在实验中得到了验证。
2015-05-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Semiconductor thermal and electrical properties decoupled by localized phonon resonances
该研究通过在硅膜表面生长GaN纳米柱，利用局域声子共振在实验上首次实现半导体热学与电学性质的解耦，热导率降低21%而电性能不受影响，打破热电特性权衡，为高效固态能量回收与制冷铺路。
2023-01-12 cond-mat.mes-hall
Acoustic Phonon Spectrum and Thermal Transport in Nanoporous Alumina Arrays
我们报告的结果相结合的调查的热导率和声学声子谱的纳米多孔氧化铝膜的孔径从D=180 nm减少到25 nm。选择具有六边形排列的孔的样品以具有相同的~ 13%的孔隙率。Brillouin-Mandeloughspectroscopy测量显示，在具有D=180-nm孔的样品中具有体状声子谱，并且在具有25-nm和40-nm孔的样品中具有归因于空间限制的光谱特征。在孔隙较小的样品中，纵向声学声子的速度降低。实验数据和计算的声子色散的分析表明，声子边界散射和声子空间限制影响的特征尺寸D<40 nm的膜的热传导。
2015-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Specific heat measurement of thin suspended SiN membrane from 8 K to 300 K using the 3$ω$-V$\ddot{o}$lklein method
我们提出了一种适用于从低温（8 K）到300 K的薄或非常薄的悬浮膜的比热测量技术。所提出的装置允许测量70 ng氮化硅膜（50或100 nm厚）的热容量，对应于在8 K下1.4 × 10 $^{-10}$ J/K和在300 K下5.1 × 10 $^{-8}$ J/K的热容量。测量使用耦合到V $\ddot{o}$ lklein几何的3 $ω$方法进行。这种配置允许在同一实验中测量比热和热导率。换能器（加热器/温度计）用于在膜上产生热通量的振荡;使用惠斯通电桥装置测量在包含热信息的三次谐波处出现的电压振荡。通过测量3 $ω$电压在宽频率范围内的变化并通过使用适于跨膜传热的热模型拟合实验数据来进行热容测量。实验数据进行了比较，定期德拜模型，比热表现出常见的玻璃在低温下的功能。
2015-11-24 cond-mat.mes-hall
Thermal transport in suspended silicon membranes measured by laser-induced transient gratings
由于测量过程的物理性以及准确性和再现性的问题，研究纳米级的热传输带来了巨大的实验挑战。激光诱导瞬态热光栅（TTG）技术允许对纳米结构样品进行非接触式测量，而不需要金属加热器或任何其他外部结构，具有固有的高绝对精度的优点。我们提出了一个审查最近的研究在纳米硅膜的热传输使用TTG技术。概述的方法，包括测量误差的分析，其次是从固体和纳米图案化膜的测量获得的新发现的讨论。最重要的结果是直接观察到的非扩散声子介导的运输在室温下和测量的厚度依赖的热导率的悬浮膜在很宽的厚度范围内，表现出良好的协议与第一性原理为基础的理论假设在边界处的漫散射。在具有周期性图案的纳米孔的膜上的测量表明完全扩散运输，并产生与蒙特卡罗模拟一致的热扩散率值。基于迄今为止所获得的结果，我们得出结论，室温下的膜基硅纳米结构中的热传输现在是合理的理解。
2016-10-29 cond-mat.mes-hall
Observation of quasi-ballistic thermal transport of surface phonon-polaritons over hundreds of micrometres
热载体的长距离传播对于微电子中的有效散热是必不可少的。然而，在介电纳米材料中，主要的热载体-声子-只能以弹道方式传播数百纳米，这限制了它们的热传导效率。理论预测，表面声子极化激元（SPhPs）可以克服这一限制，并在数百微米内传导热量而不耗散。在这项工作中，我们通过实验证明了这种长距离的热传输SPhPs。使用3 $ω$技术，我们测量了不同的加热器-传感器距离（100和200 $μ$ m），膜厚度（30 - 200 nm）和温度（300 - 400 K）的SiN纳米膜的面内热导率。我们发现，与厚膜相比，薄的纳米膜支持热传导SPhPs，证明了随着温度的增加，在热导率。值得注意的是，在距离加热器200 $μ$ m处测得的热导率始终高于在距离加热器100 $μ$ m处测得的热导率。这一结果表明，SPhPs的热传导在至少数百微米的范围内是准弹道的。因此，我们的研究结果表明，SPhPs可以增强极性纳米膜中的散热，并在热管理，近场辐射和极化电子学中找到应用。
2021-07-12 cond-mat.mes-hall
Length-dependent thermal conductivity in suspended single-layer graphene
石墨烯具有非凡的电子和机械性能，以及极高的导热性。石墨烯是一种非常稳定的原子厚度膜，可以悬浮在两个引线之间，为研究二维系统中的热导率提供了一个完美的测试平台，这对低维材料中的声子输运至关重要。在这里，我们报告的实验测量和非平衡分子动力学模拟的热传导悬浮单层石墨烯作为温度和样品长度的函数。有趣的是，与块体材料相反，当温度为300 K时，热导率保持增加，并且即使样品长度远大于平均声子平均自由程，热导率也随样品长度保持对数发散，这一结果是石墨烯中声子的二维性质的结果，并提供了对二维材料热输运的基本理解。
2014-04-22 cond-mat.mes-hall
Tunable Thermal Energy Transport across Diamond Membranes and Diamond-Si Interfaces by Nanoscale Graphoepitaxy
电子器件的发展，特别是涉及材料的异质集成的电子器件的发展，已经导致在解决其热操作温度需求方面的挑战增加。在这些系统中的热流显着影响，甚至主导的异种材料之间的界面处的热边界电阻。然而，到目前为止，控制和调整跨界面和相邻材料中的热传输引起的关注有限。在这项工作中，我们生长的化学气相沉积（CVD）金刚石在硅衬底上的图形外延和实验证明可调的热传输通过金刚石膜和金刚石-硅界面。我们观察到最高的金刚石-硅的热边界传导（TBC）的测量日期和增加金刚石热导率由于强晶粒纹理在金刚石界面附近。此外，非平衡分子动力学（NEMD）模拟和Landauer方法被用来理解金刚石-硅TBC。这些发现为调整或增加涉及多晶材料的异质集成电子器件的热导率铺平了道路，并将影响包括电子热管理和金刚石生长在内的应用。
2019-01-08 cond-mat.mes-hall
Thermal Conductance across beta-Ga2O3-diamond Van der Waals Heterogeneous Interfaces
由于其超宽带隙，高击穿电场，和大面积的廉价衬底从熔体生长，β Ga 2 O 3最近引起了极大的关注，为潜在的电力电子应用。然而，它的热导率明显低于其他宽带隙半导体，如AlN，SiC，GAN和金刚石。为了确保在高功率下以最小的自热可靠地运行，适当的热管理对于Ga2O3器件更加重要。类似于过去旨在减轻GAN HEMT中的自加热的方法，一种可能的解决方案是将薄的Ga2O3膜与金刚石集成，以通过利用金刚石的超高热导率在金刚石横向MESFET或MOSFET器件上制造Ga2O3。尽管宽禁带半导体器件（如GAN HEMT）和金刚石衬底之间的TBC对于这些器件中的散热至关重要，但仍然缺少对Ga2O3金刚石热界面的基本理解。在这项工作中，我们研究的热输运跨越界面的Ga 2 O 3剥离到单晶金刚石。范德华键合的Ga2O3金刚石TBC被测量为17 MWm2K 1，这与金刚石上的几种物理气相沉积金属的TBC相当。一个Landauer的方法是用来帮助理解声子输运通过完美的Ga2O3金刚石界面，这反过来又揭示了可能的TBC可以实现一个优化的接口。由于额外的声子膜边界散射，还观察到Ga 2 O 3纳米膜的热导率降低。模拟和讨论了Ga2O3衬底TBC和衬底热导率对功率器件热性能的影响。
2019-01-09 cond-mat.mes-hall
Optomechanics for thermal characterization of suspended graphene
通过表征单层石墨烯悬浮膜在高频调制激光作用下的机械运动，研究了单层石墨烯悬浮膜的热性质。观察到光学强度和机械运动之间的特征延迟时间$τ$，这归因于升高膜的温度所需的时间。然而，我们发现，测得的时间常数是显着大于预测的比热和热导率的值的基础上。为了解释测量的和建模的τ之间的差异，提出了一种模型，该模型考虑到石墨烯鼓的边缘处的热边界电阻。这些测量提供了一种非侵入性的方式来表征悬浮的原子薄膜的热特性，提供了通过其他手段难以获得的信息。
2017-02-22 cond-mat.mes-hall
Optomechanical methodology for characterizing the thermal properties of 2D materials
针对超薄悬浮二维材料热学性质难以准确测量的问题，提出一种光机械方法，可提取热膨胀系数、比热容和热导率，并在多种材料上验证其与文献值一致。
2023-12-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Eigenfrequencies of the randomly pinned drum and conductivity of graphene
石墨烯是纳米机械应用的方便材料，因为高频振荡很容易获得。在这篇文章中，我们考虑石墨烯在粗糙的基板上附着在随机位置的缺陷。我们探讨了对石墨烯导电性影响最大的低阶声子模的统计特性。我们发现，最近邻间距的低本征频率的Wigner-Dyson概率分布平均后的随机配置的无序。由于电子与膜振荡的相互作用，电子可以转移到更高或更低的能量，这是声子辅助的Tien-Gordon效应的表现。Tien-Gordon效应抑制了石墨烯的导电性。在低费米能级和小尺寸的样品的制度下，观察到电导率的增加，我们指的是克莱因隧穿和电子-空穴对的产生。最终，当透射率的增加变得太显著时，对的产生改变了系统的基态，这表明本文中使用的单粒子狄拉克方程的适用性是有限的。
2012-09-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Measurement of anisotropic thermal conductivity of a dense forest of nanowires using the 3$ω$ method
3 $ω$方法是一种动态测量技术，用于测定薄膜或半无限体材料的热导率。通常采用简化的模型从交流温度幅值实部的斜率作为频率对数的函数来推导热导率，这反过来又限制了所观察样品的种类。在这项工作中，我们已经测量了森林的纳米线嵌入在纳米多孔氧化铝膜使用3 $ω$方法的热导率。二维热传导的解析解，然后使用模型的多层系统，考虑各向异性的热性能的不同层，基板的热导率和它们的厚度。通过将实验结果与嵌入在纳米多孔氧化铝模板的基质中的两组不同的纳米线（硅和BiSbTe）上的2D模型拟合来进行数据处理，所述纳米线具有至少一个数量级不同的热导率。这些实验结果表明，该方法将3 $ω$技术的适用性扩展到具有各向异性热性质的更复杂系统。
2018-11-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Nonlocality in microscale heat conduction
在短的长度和时间尺度的热输运固有地构成了热通量和温度梯度之间的非局部关系，但这是很少明确解决。在这里，我们提出了一个形式主义，使详细的非扩散热流制度的离域效应的特点。卷积核$κ^{\ast}$，我们称之为非局部热导率，充分体现了时空记忆的热通量相对于温度梯度。在弛豫时间近似下，玻尔兹曼输运方程形式上服从假设的本构律，并根据微观声子性质给出了$κ^{\ast}$的一般表达式。随后与随机框架的协同作用捕获了紧凑模型中的基本传输物理，易于理解的参数。一个完全解析解的$κ^{\ast}(x')$在回火Lévy输运与分形维数$α$和扩散恢复长度$x_{\text{R}}$显示，非局域性是物理上重要的距离$\sqrt{2-α} \,\,x_{\text{R}}$。这不仅与半导体合金中的准弹道热传导有关，而且也适用于在包括水文学和化学在内的其他学科中观察到的类似动力学。我们还讨论了如何以前引入的有效热导率$κ_{\text{eff}}$推断现象学瞬态热光栅和时域热反射测量涉及到$κ^{\ast}$。而有效的导热系数取决于实验条件，非局部导热系数形成一个内在的材料属性。实验结果表明，非局域长度为400 $\,$ nm的Si膜和$\simeq 1\,μ$ m的InGaAs和SiGe，在良好的协议与典型的中值声子平均自由程。
2015-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multiscale Phonon Conduction in Nanostructured Materials Predicted by Bulk Thermal Conductivity Accumulation Function
我们开发了一个计算框架，玻尔兹曼输运方程的基础上，具有计算的能力，在任何几何形状的纳米结构材料的热输运作为唯一的输入的体积热导率累积函数。我们的方法的主要优点是双重的。首先，虽然大多数材料的散射时间和色散曲线是未知的，但声子平均自由程分布可以通过实验直接获得。因此，与频率依赖方法相比，可以模拟更广泛的材料。其次，当声子色散可从第一性原理计算，我们的方法允许一个容易地包括整个布里渊区的计算，而不离散的声子频率的所有极化，大大减少了计算工作量。此外，在推导出我们模型的弹道和扩散极限后，我们开发了一个多尺度方案，该方案将不同尺度的声子输运耦合起来，从而能够有效地模拟具有宽声子平均自由程分布的材料。在我们验证了我们的模型对频率依赖的方法，我们将该方法应用到多孔硅膜，并找到良好的协议与实验中尺度孔。通过研究未开发的纳米结构材料中的热传输，我们的方法有可能推进高效热电器件。
2014-10-16 cond-mat.mes-hall
Thermopower of a 2D electron gas in suspended AlGaAs/GaAs heterostructures
我们提出了高电子迁移率的二维电子气（2DEG）在一个薄的悬浮membranes.We表明，小尺寸的膜大大降低了热导率相比，散装材料，使它有可能建立一个强大的热梯度沿2DEG即使在几微米的距离。我们发现，零场热电势显着影响的微图案化。在相反的2DEG纳入散装材料中，热电势的扩散贡献保持占主导地位的温度为7 K，直到声子阻力变得强大，并支配运行的热电势。我们还发现，电子和声子之间的耦合在声子拖曳制度是由于屏蔽变形势，在相反的压电耦合体声子。
2011-11-05 cond-mat.mes-hall
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
Imaging vibrations of locally gated, electromechanical few layer graphene resonators with a moving vacuum enclosure
对纳米机械谐振器的振动进行成像意味着根据其频率响应对平面内位置的依赖性来测量其弯曲模式形状。应用于二维谐振器，这种技术提供了丰富的信息，原子级薄膜的机械性能。我们提出了一个简单而强大的系统，在室温和真空中的面内位移精度为$\approx0.20$ $μ$ m的几层石墨烯（FLG）谐振器的振动成像。它包括一个坚固的真空外壳安装在一个三轴微定位阶段和设计的自由空间光学测量振动。该系统配备了超柔性射频波导，以电致动谐振器。用它，我们通过测量其频率响应作为膜上的位置的函数来表征FLG谐振器的最低频率模式。谐振器悬挂在纳米制造的局部栅电极上，该栅电极既充当反射镜又充当电容器板，以在射频下致动振动。从这些测量中，我们估计膜的热膨胀系数与热导率的比率，并且我们测量最低频率模式的有效质量。我们补充我们的研究与全球门控谐振器和图像的前三个振动模式。在那里，我们发现膜中的褶皱局部抑制振动。
2021-01-04 cond-mat.mes-hall
Optical and thermal characterization of a group-III nitride semiconductor membrane by microphotoluminescence spectroscopy and Raman thermometry
本研究结合μPL光谱与拉曼测温法，搭建新型并行表征装置，测得250nm厚III族氮化物薄膜c面热导率，结合从头算解释声子准弹道输运的影响，推动了非侵入式高分辨定量测温技术发展。
2024-03-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Graphene-Based Transparent Flexible Strain Gauges with Tunable Sensitivity and Strain Range
本研究通过界面组装与HI还原制备rGO/聚二甲基硅氧烷柔性透明应变计，利用预应变引入裂纹调控压阻特性，实现灵敏度与应变范围可调，建立等效电阻模型并验证其在人体运动检测、电子皮肤领域的应用潜力。
2023-06-09 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
