Evidence of reduced surface electron-phonon scattering in the conduction band of Bi_{2}Se_{3} by non-equilibrium ARPES
拓扑绝缘体中Dirac准粒子的性质要求直接研究\emph{surface}上的电子-声子散射。通过比较时间分辨的ARPES测量的TI Bi_{2} Se_{3}与不同的探测深度，我们表明，弛豫动力学的电子温度的导带是在表面比在体慢得多。这一观察结果表明，表面声子在冷却导带中的电子气方面不太有效。
2013-10-16 cond-mat.mes-hall
Phonon-dominated energy transport in purely metallic heterostructures
我们使用超快X射线衍射来量化激光激发的纳米Au/Ni双层膜中的能量传输。Ni中的电子输运和有效的电子-声子耦合在几皮秒内将传导电子中的激光沉积能量转化为双层界面处热Ni和冷Au声子之间的强非平衡。随后的平衡动力学模型内的各种两个温度模型证实，对于金膜的热输运是占主导地位的声子，而不是传导电子，因为弱的电子-声子耦合在金。
2022-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quasi-Ballistic Thermal Conduction in 6H-SiC
电子器件的最小化使得相关设备的散热成为越来越大的挑战。当材料的尺寸小于声子平均自由程时，声子在没有内部散射的情况下传输，扩散热传导定律失效，导致有效热导率显著降低。本文首次报道了掺杂外延6 H-SiC和单晶多孔6 H-SiC在室温以下的热导率随温度的变化。在这些样品中观察到强烈的准弹道热传输，特别是在低温下。掺杂和结构边界被施加到调谐准弹道热输运，因为掺杂剂选择性地散射高频声子，而边界散射声子与长的平均自由程。观察到异常强的声子散射硼掺杂剂相比，氮掺杂剂。此外，在测量的热导率的数量级减少，观察到在低温下的多孔6 H-SiC相比，外延6 H-SiC。最后，第一性原理计算和一个简单的卡拉威模型建立理解测得的热导率。我们的工作揭示了对技术重要的宽带隙半导体（如6 H-SiC）中热传导的基本理解，并将影响6 H-SiC相关电子和设备的热管理等应用。
2021-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon Heat Conduction in Corrugated Silicon Nanowires Below the Casimir Limit
在0.3 ~ 5 K温度范围内测量了直形和波纹形单晶硅纳米线的热导率。波纹状纳米线和直纳米线之间的热输运的差异表明声子的平均自由程的强烈减少。这个平均的平均自由程是显着小于较小的直径的纳米线，证明声子的热输运降低到卡西米尔极限以下。蒙特卡罗模拟强调，这种效果可以归因于显着的多重散射的弹道声子发生在波纹表面。这一结果表明了一种将单晶材料转化为声子玻璃的原始方法。
2013-04-17 cond-mat.mes-hall
Phonon-induced exciton weak localization in two-dimensional semiconductors
从理论上研究了原子级薄晶体中量子效应对激子扩散系数的贡献。这与激子波函数在具有闭合环的轨道上的干涉引起的弱局域化有关。由于激子-声子相互作用的弱非弹性，即使激子被长波长声学声子散射，也存在该效应。我们考虑激子与线性色散的纵向声学声子和二次色散的弯曲声子的相互作用。我们确定的制度，弱本地化效果可以特别明显。我们还简要地讨论了自由载流子在激子量子输运中的作用，以及在自洽局域化理论中，超出最低阶的弱局域化效应。
2022-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon heat conduction in layered anisotropic crystals
各向异性晶体的热性质具有基础性和实用性，但各向异性材料（如石墨）中的输运现象仍然知之甚少，因为玻尔兹曼方程的解通常假设各向同性。在这里，我们将玻尔兹曼方程的解析解扩展到高度各向异性的固体，并研究其对石墨的预测。我们表明，在跨平面方向的声子平均自由路径可以与那些在平面内的方向，尽管低的跨平面的热导率，而不是主要产生的群速度和声子频率的差异，支持沿每个方向。此外，我们证明了一种方法来重建的各向异性平均自由程谱的晶体与任意色散关系，而没有任何先验知识的谐波或非谐波性质，使用准弹道热传导的观察。
2014-09-18 cond-mat.mes-hall
Quasi-ballistic heat conduction due to Lévy phonon flights in silicon nanowires
解决散热问题是硅基微电子的未来。解决方案可能在于称为弹道热传导的纳米级现象，这意味着在不加热导体的情况下进行热传导。但是，试图证明这一现象的实验是有争议的和稀缺的，而其机制在受限的纳米结构尚未得到充分理解。在这里，我们实验证明准弹道热传导硅纳米线（NW）。我们发现，弹道是最强的短NW在低温下，但减弱NW长度或温度的增加。然而，即使在室温下，准弹道热传导在短纳米线中仍然可见。为了更好地理解这种现象，我们探测声子飞行的方向性和长度。我们的实验和模拟表明，准弹道声子输运在NW边界之间的短飞行和长的弹道跳跃沿NW的Lévy步行。
2018-09-26 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
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
Effect of phonon dispersion on thermal conduction across Si/Ge interfaces
我们报告有限体积模拟的声子玻尔兹曼输运方程（BTE）的热传导在SiGe超晶格的异质界面。扩散失配模型结合声子色散和偏振实现了在很宽的克努森数范围。结果表明，在亚微米范围内，Si/Ge超晶格的热导率远低于本构体材料的热导率。我们报告的各种材料的体积分数和超晶格周期的有效热导率的结果。首次详细描述了硅和锗中声子谱失配引起的光学声子和声学声子之间的非平衡能量交换。确定的条件下，这种效果可以产生显着更多的热阻比，由于边界散射的声子。
2010-05-14 cond-mat.mes-hall
Heat conduction in magnetic insulators via hybridization of acoustic phonons and spin-flip excitations
通过引入仅需Zeeman分裂和磁弹耦合的最小模型，论证声学声子与自旋翻转激发的杂化是顺磁绝缘体CsYbSe$_2$纵向热导率非单调磁场依赖性的原因，揭示了普适磁热输运现象。
2024-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Phonon thermal conduction in novel 2D materials
近年来，由于声子热输运在微纳电子器件中的散热和热管理方面的重要性，低维材料中的声子热输运引起了越来越多的关注。一维系统的研究在理论和实验上都取得了重要进展。然而，二维（2D）系统中的热传导的研究仍处于起步阶段，由于有限的可用性的2D材料和技术的挑战，在制造悬浮样品适用于热测量。在这篇综述中，我们概述了不同的实验技术和理论方法的声子热输运在二维材料，讨论的问题和挑战，声子热输运测量和现有的实验数据之间的比较。特别关注的是尺寸，维数，各向异性和模式的贡献，在新的二维系统，包括石墨烯，氮化硼，二硫化钼，黑磷，硅烯等的影响。
2017-01-11 cond-mat.mes-hall
Nondiffusive thermal transport from micro/nanoscale sources producing nonthermal phonon populations exceeds Fourier heat conduction
我们研究非扩散的热输运声子在小距离内的玻尔兹曼输运方程（BTE）的框架内，并证明运输显着影响的声子源发射的分布。我们讨论了具有正弦空间轮廓的源以及三维高斯热点的稳态BTE的解析解，并提供了室温下单晶硅的数值结果。如果微/纳米级热源产生热声子分布，它会比热扩散方程预测的更热;然而，如果源主要产生具有长平均自由程的低频声学声子，它可能会比热方程预测的更冷，产生增强的热传输。
2017-10-04 cond-mat.mes-hall
Simulation of phonon-assisted band-to-band tunneling in carbon nanotube field-effect transistors
采用考虑电子-声子散射的非平衡格林函数方法，模拟了碳纳米管金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）中的电子输运。对于MOSFET，双极传导通过声子辅助的带-带（Landau-Zener）隧穿来解释。在弹道的情况下相比，我们表明，声子散射的双极导电的发病转移到更积极的栅极电压（从而增加了关闭电流）。结果表明，尽管存在声子散射的影响，双极电导的亚阈值摆幅仍可达到40mV/decade。
2005-10-05 cond-mat.mes-hall
Real time relaxation dynamics of macroscopically photo-excited electrons toward the Fermi degeneracy formation in the conduction band of semiconductors
本文结合半导体材料（GaAs，InP）的时间分辨双光子光电子能谱测量实验，从理论上研究了宏观光激发电子的实时弛豫动力学过程，以及半导体材料的导带空位中费米简并的形成。在光激发后不久，整个电子显示出相当快速的弛豫，就像雪崩现象，主要是由于连续的多（光学和声学）声子发射。重复这一多声子过程，电子的整个能量分布被示出为在宽导带的下部上大大拉长的多峰结构。然而，在激发后约1 ps，这种弛豫严重减慢，因为从费米能级附近的电子发射长波声学声子变得非常困难。通过使用电子温度近似，我们表明，这种缓慢的弛豫时间成反比。因此，完全费米简并的形成需要无限的时间。这些理论结果与前面提到的最近的实验是完全一致的。
2015-03-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of intrinsic semiconductor at elevated temperature: role of four-phonon scattering and electronic heat conduction
虽然使用基于第一性原理的玻尔兹曼输运方程方法来预测晶体半导体材料的热导率已经是常规的，但该方法的有效性很少在高温条件下进行测试。以往的研究大多只关注声子的贡献，而忽略了电子部分。同时，由于忽略了四声子散射、声子重整化和热膨胀等因素，对声子输运的处理不够严格。本文采用Boltzmann输运方程研究了体硅中的高温热传导，同时考虑了声子和电子的影响，并探讨了以往高温热传导研究中缺失部分的作用。对于声子输运，当温度高于700 K时，四声子散射显著降低了热导率，而声子重整化和热膨胀对声子热导率的影响可以忽略不计.第一性原理计算的电子热导率的双极贡献首次实现。在1500 K时，超过25%的热量由电子传导。计算的硅的总热导率忠实地再现了测量数据。该方法有望应用于其他高温功能材料，其结果可以作为基准，有助于解释高温声子和电子输运现象.
2020-03-04 cond-mat.mes-hall
Phonons and Thermal Transport in Graphene and Graphene-Based Materials
石墨烯不同寻常的热性质的发现刺激了旨在理解二维材料系统中声子输运和热传导的实验、理论和计算研究。我们提供了一个关键的审查最近的结果在石墨烯热场集中在声子色散，比热，热导率，不同的模型和计算方法的比较。详细分析了石墨烯基材料的声子谱与导热性能之间的关系。在双层石墨烯，同位素工程，和不同的声子色散分支的相对贡献的原子平面旋转的影响进行了讨论。为了读者的方便，本文以综合注释表的形式提供了有关热导率和声子模对热输运贡献的主要实验和理论结果的摘要。
2016-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A novel transient heat conduction phenomenon to distinguish the hydrodynamic and (quasi) ballistic phonon transport
以前的研究预测傅立叶热传导定律的失败，由于存在的波浪状传播的热量与有限的传播速度。这种非傅立叶热传输现象可以出现在流体动力学和（准）弹道制度。因此，仅通过该现象不容易清楚地区分这两个非傅立叶区域。本文基于Callaway模型下的声子玻尔兹曼输运方程，研究了均匀热系统中的瞬态热传播。给定一个准一维或准二维（三维）均匀环境温度的模拟，在初始时刻，在高温中心突然加入一个热源，然后热量从中心向外传播。数值结果表明，在准二（三）维模拟中，在一定的时间和空间范围内，瞬态温度将低于流体动力学区域的初始温度最低值。这种现象只出现在正常散射主导热传导时。此外，它消失在准一维模拟。在具有时变热源的热系统中也观察到类似的现象。这种新的瞬态热传播现象的流体动力学声子输运区别于（准）弹道声子输运。
2021-08-04 cond-mat.mes-hall
Edge disorder induced Anderson localization and conduction gap in graphene nanoribbons
研究了边缘无序对石墨烯纳米带电导的影响。我们发现，只有非常温和的边缘无序是足以诱导的传导能隙，否则金属GNRs和电梯之间的电导不同的边缘几何形状的纳米带的任何差异。我们涉及到的导电间隙的形成，以明显的边缘无序诱导安德森型本地化，导致在边缘的状态密度的强烈增强，形成表面状的状态和通过带状物的导电路径的阻塞。
2008-05-28 cond-mat.mes-hall
A Unified Phonon Interpretation for the Non-Fourier Heat Conduction by Non-equilibrium Molecular Dynamics Simulations
纳米约束引起了许多有趣的非傅立叶热传导现象，近年来已被广泛研究，如内部的非线性温度分布，接触附近的温度跳跃，和有限尺寸效应。然而，对这些现象的理解在过去二十年中一直是一个争论的问题。在这项工作中，我们展示了一个统一的声子解释的非傅立叶热传导，可以帮助理解这些现象的模式之间的模式对应的非平衡分子动力学（NEMD）模拟和模式分辨声子玻尔兹曼输运方程（BTE）。研究发现，纳米尺度声子输运特性，包括温度分布，热通量值和模态温度依赖于所施加的热库上的两个接触。我们的NEMD模拟表明，朗之万恒温器表现得像一个无限大的热库，并提供热平衡模式分辨的声子出口，而偏置的水库，例如，Nose-Hoover链恒温器和速度重标度方法的行为类似于非平衡声子出口。我们的解释清楚地表明，非傅立叶热输运现象起源于非扩散声子输运和声子热不平衡的组合。这项工作提供了一个清晰的理解纳米级的热传输，并可能指导在各种应用中的热传输的测量和控制。
2019-10-15 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Signature of Many-Body Localization of Phonons in Strongly Disordered Superlattices
多体局域化（MBL）由于其对热化的免疫性、在对数纠缠熵增长中的作用以及达到奇异量子阶的机会而引起了人们的极大关注。然而，在固态系统中实验实现MBL仍然具有挑战性。在这里，我们报告的证据可能声子MBL相在无序GaAs/AlAs超晶格。通过掠入射非弹性X射线散射，我们观察到一个强烈的偏离的声子人口从平衡在低温下掺杂铒砷纳米点的样品，从热化偏离。这种行为发生在有限的声子能量和波矢窗口，表明局域化热化交叉。我们支持我们的观察，提出了一个理论模型的有效声子哈密顿在无序超晶格，并表明它可以精确地映射到一个无序的一维玻色-哈伯德模型与一个已知的MBL相位。我们的工作提供了动量分辨声子局域化的实验证据，将MBL的范围扩展到无序固态系统。
2021-09-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Steady State and Modulated Heat Conduction in Layered Systems Predicted by the Phonon Boltzmann Transport Equation
基于弛豫时间近似下的声子玻尔兹曼输运方程，推导并分析了沉积在衬底上的薄膜内部稳态和调制热传导温度分布的解析表达式。结果表明，无论是稳态和调制组件的温度强烈依赖于薄膜厚度和平均声子平均自由程之间的比率，当这个比率是远远大于单位时，他们表现出的扩散行为预测的傅立叶定律的热传导。相比之下，在弹道制度时，这个比率是可比的或小于单位，稳态温度往往是独立的位置，而调制温度的幅度和相位似乎低于由傅立叶定律确定的。此外，我们还推导出了热传导不变量和介电薄膜跨平面导热系数的简单公式，这对理解和优化层状系统的热性能具有指导意义。这项工作代表了Rosencwaig和Gerko工作[J.Appl.Phys.47，64（1976）]的基于玻尔兹曼输运方程的扩展，该工作基于傅立叶定律，并已被广泛用作光声和光热技术发展的理论框架。这项工作可能揭示了一些发展的理论基础，用于确定声子MFP和弛豫时间使用超快激光为基础的瞬态加热技术。
2015-01-13 cond-mat.mes-hall
Heat Conduction by Phonons across a Film
准粒子理论给出了热流与温度梯度之间的局部关系，条件是准粒子平均自由程小于温度变化的尺度。当平均自由程与样本量相当时，这种关系变得非局部。这种非本地的关系制定声子载波;一个明确的形式被发现在近似电流弛豫率被取代的准粒子弛豫率。给出了局域温度的准粒子定义。为了提取温度梯度的空间变化，需要反转非局部关系。构造了一个变分原理。当对试验温度梯度进行评估时，热流被限制在上面。真正的温度梯度是使热流最小的温度梯度。最简单的变分近似（一个恒定的温度梯度）给出了一个近似公式的厚度依赖性的热输运通过膜的厚度是可比的平均自由程的声子。该公式在弹道极限和扩散极限之间插值。
2013-08-13 cond-mat.mes-hall
Heat conduction tuning using the wave nature of phonons
世界以波的语言与我们的视觉，听觉和触觉进行交流，因为光，声音，甚至热本质上是由不同介质的微观振动组成的。在过去的一个世纪里，光和声的波动性质得到了广泛的研究，现在被广泛应用于现代技术中。但是，热的波动性质一直是主要理论研究的主题，因为其实验证明，更不用说实际应用，由于这些波的波长极短，仍然具有挑战性。在这里，我们展示了一种可能性，使用热的波动性质，通过声子晶体纳米结构中的空间短程有序的热导率调谐。我们的实验和理论结果表明，热声子的干涉发生在严格周期性的纳米结构，减缓了热的传播。这一发现拓宽了传热工程的方法，将其领域扩展到热的波动性质。
2016-09-09 cond-mat.mes-hall
Temperature Dependent Mean Free Path Spectra of Thermal Phonons Along the c-axis of Graphite
由于石墨具有极大的热各向异性，人们对石墨的热传导研究已有几十年的历史。虽然沿面内和跨面方向的体热导率是众所周知的，但人们对负责热传导的热声子的微观特性知之甚少。特别是，最近的实验和计算工作表明，沿c轴的平均声子平均自由程（MFP）是相当大的比由动力学理论估计，但MFP的分布仍然未知。在这里，我们报告的第一个定量测量的c-轴声子MFP光谱在石墨在各种温度下使用时域热反射测量的石墨薄片与可变厚度。我们的研究结果表明，c-轴声子MFP在室温下有几百纳米的值和一个更窄的分布比在各向同性晶体。在低温下，声子散射主要由分离不同旋转取向的结晶区域的晶界决定。我们的研究提供了重要的新的见解热输运和声子散射机制在石墨和其他各向异性范德华固体。
2015-11-06 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
Phonon heat conduction across slippery interfaces in twisted graphite
本研究利用HOPG固有扭角界面，结合微加工台面实验与原子模拟，发现滑移界面热导被抑制超30倍但仍达600 MWm⁻²K⁻¹，揭示了界面热输运与滑动阻力的关联，为扭转热管理奠定基础。
2024-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Heat conduction in molecular transport junctions
加热和热传导的分子结被认为是在一个一般的NEGF形式主义。我们得到一个统一的描述加热载流分子结以及电子和声子的贡献的热通量，包括它们的相互影响。如何计算这些贡献，他们的相对重要性和在他们的定义中的含糊之处进行了讨论。本文导出了声子热通量的一般表达式，并用于一种新的“测量技术”，以定义和量化非平衡系统中的“局部温度”。证明了这种测量技术比使用平衡声子分布定义有效温度的常用方法的优越性。简单的桥梁模型被用来说明一般的方法，数值例子。
2006-11-07 cond-mat.mes-hall
Cross-plane heat conduction in thin films with ab-initio phonon dispersions and scattering rates
本文利用第一性原理研究了半导体薄膜中的跨平面热导率$κ_{\perp}$。我们介绍了一个简单的抑制模型，匹配方差减少蒙特卡罗模拟与从头算声子色散和散射率内$\leq 5\%$，即使各向异性化合物。这又使得能够从表格化的累积电导率曲线$κ_Σ(Λ_{\perp})$进行精确的$κ_{\perp}$重建。我们进一步揭示，并解释，一个独特的准弹道制度，其特征在于在合金中的分数厚度依赖性$κ_{\perp} \sim L^{2-α}$（其中$α$是Lévy指数）和在单晶中的对数依赖性$κ_{\perp} \sim \ln(L)$。这些意见最终在制定两个紧凑的参数形式$κ_{\perp}(L)$，可以适合在整个弹道扩散范围内的百分之几的所有研究化合物的第一原理曲线。
2016-04-23 cond-mat.mes-hall
Acoustic Localization Phenomena in Ferroelectric Nanophononic Devices
铁电结构中声子共振的工程化是设计和实现新型多功能器件的一个新的关键。在这项工作中，我们实验研究的基础上绝缘（钛酸钡，钛酸锶）和金属（SrRuO3）氧化物的声子谐振器。我们的实验表明，在100 GHz的频率范围内的声子纳米腔，时间和空间的节拍从两个不同的混合纳米腔形成一个声学分子的耦合所产生的声波的限制，和直接测量的布洛赫样振荡的声学声子在由10个耦合谐振器形成的系统。利用相干声子产生技术，我们直接在时域中研究了声子动力学。金属SrRuO3引入了本地声子发生器和换能器，允许对复杂生成的波进行空间、光谱和时域监测。我们的研究结果介绍了铁电腔系统作为一种新的工具，在纳米尺度上的复杂波局域化现象的研究。
2016-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon localization in surface-roughness dominated nanowires
近年来，在热电的背景下，声子在纳米材料中可能的局部化的研究已经变得重要，其中声子局部化可以降低热导率，从而提高热电器件的效率。然而，尽管付出了巨大的努力，声子局域化尚未在实际材料中实验观察到。在这里，我们建议，表面粗糙度为主的纳米线是理想的候选人，观察声子的本地化，并显示数值的热脉冲注入在一个给定的点所产生的能量的空间和时间的演变显示出明确的签名声子本地化。我们认为，同样的配置可能允许实验观察声子的本地化。我们的研究结果证实了普遍性的表面粗糙度占主导地位的政权提出的，这使我们能够表征的强度由一个单一的参数相结合的线的宽度，以及平均高度的线和它的相关长度的混乱。
2019-04-19 cond-mat.mes-hall
Stretch-induced tunability of electrical transport properties of three-dimensional graphene-based foam structures
本文研究了预拉伸对三维石墨烯基泡沫电输运性能的调控作用，提出包含三种导电机制的导电网络模型，揭示了电阻率温度依赖性转变的机理，为优化可拉伸电子器件提供指导。
2024-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electron-phonon coupling and non-equilibrium thermal conduction in ultrafast heating systems
本研究基于耦合电子-声子输运的玻尔兹曼输运方程，提出离散统一气体动理学格式研究超快加热系统的电子-声子耦合，该方法精度优于传统双温模型，可捕捉弹道热效应并应用于多层金属等结构的非平衡热传导分析。
2023-08-24 cond-mat.mes-hall
Multiscale phonon blocking in Si phononic crystal nanostructures
在室温下研究了单晶硅和多晶硅二维声子晶体（PnC）纳米结构的面内热传导和声子输运。声子图案化对热导率的影响在多晶Si PnCs中比在单晶Si PnCs中更大。的影响的差异是由于在两种材料中的晶界散射引起的热声子平均自由程（MFP）分布的差异。晶粒尺寸分析和数值模拟表明，晶界和声子图案化是有效的声子散射机制，为不同的MFP长度尺度。这种多尺度声子阻挡结构覆盖了热声子MFP广泛分布的大部分，从而有效地降低了热传导。
2015-02-10 cond-mat.mes-hall
Thermal conductivity minimum of graded superlattices due to phonon localization
热声子的安德森局域化仅在少数具有强随机无序的纳米结构中表现出，随着系统长度的增加，透射率指数衰减到零，热导率最大。在这项工作中，我们提出了一个路径，以证明在梯度超晶格的短程有序和长程无序的独特功能的声子局域化。热导率随系统长度的最小值出现是由于传输指数衰减到非零常数，这是由适度无序引起的部分声子局域化的特征。我们提供了明确的证据，本地化通过结合分析的参与率，传输，和实空间声子数密度分布的基础上，我们的量子输运模拟。本文的工作将促进通过声子的波动性质进行局域化的热传导工程。
2021-05-05 cond-mat.mes-hall
Phonon mediated interlayer conductance in twisted graphene bilayers
石墨烯层之间的传导被抑制的动量守恒每当层堆叠有一个旋转。在这里，我们表明，声子散射起着至关重要的作用，促进层间导电。由此产生的对方向的依赖性与先前预期的完全不同，并且更有利于设备应用。在低温下，由于声子瓶颈，我们预测会出现类似二极管的电流-电压特性。简单的标度关系给出了一个很好的描述的电导作为温度，掺杂，旋转角，和偏置电压的函数，反映了层间拍声子模式的主导作用。
2013-01-03 cond-mat.mes-hall
Heat Conduction and Energy Relaxation in an InAs Nanowire Approaching the Clean One-Dimensional Limit
Lund University（隆德大学）；Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）；Aalto University School of Science（阿尔托大学理学院）；University of Chicago（芝加哥大学）；SUSTech（南方科技大学）
研究InAs纳米线中热传导与能量弛豫，通过一维热传输模型计算出电子-声子热流与温度平方次方成正比，揭示了清洁一维电子气与声子浴耦合的热输运机制。
2026-03-31 cond-mat.mes-hall
Universal bottleneck for thermal relaxation in disordered metallic films
本文研究了强电子-声子耦合下电流偏置金属薄膜的热弛豫。在垂直于薄膜的方向上的热梯度的预测，与温度相关的热传导确定的空间温度分布。在强声子散射的情况下，热传导主要通过电子系统发生，并且轮廓是抛物线。这种制度导致的噪声温度作为电压偏置的函数的线性依赖性，尽管事实上，所有的尺寸的膜是大的相比，电子-声子弛豫长度。这与传统的由电子-声子散射速率限制的弛豫方案形成鲜明对比。200 nm厚的NbN膜的初步实验研究表明，我们的模型的超导纳米线单光子探测器中使用的材料的相关性。
2019-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Resonant phonons: Localization in a structurally ordered crystal
本文提出通过在晶体中引入本征声子纳米谐振器实现确定性声子局域化的新机制，并通过全硅纳米柱膜的分子动力学模拟验证其在设计频率处具有显著空间局域化和最小能量交换，优于安德森局域化。
2024-09-19 cond-mat.mes-hall
Fresnel transmission coefficients for thermal phonons at solid interfaces
界面在固体中声子介导的热传导中起着至关重要的作用，影响着从热电废热回收到电子散热的应用。从微观角度来看，界面声子输运由透射和反射系数描述，类似于众所周知的光的菲涅耳系数。然而，这些系数从来没有被直接测量，和界面处的热传输过程仍然知之甚少，尽管相当大的努力。在这里，我们报告的第一次测量的菲涅耳传输系数的热声子在金属-半导体界面使用从头算声子输运模型和热表征技术，时域热反射。我们的测量结果表明，接口作为热声子过滤器，主要传输低频声子，导致这些声子是占主导地位的能量载体的界面，尽管高频率声子的状态密度较大。我们的工作实现了直接测量热声子传输系数的长期目标，并展示了一个通用的路线来研究界面热传导的微观过程。
2015-09-25 cond-mat.mes-hall
Cross-plane heat conduction in thin solid films
厚度与声子平均自由程相当的薄膜中的跨平面热输运具有重要的理论意义和实用价值。然而，由于在有限域中求解玻尔兹曼方程的挑战，很难获得交叉平面几何的物理见解。在这里，我们提出了一个半解析级数展开方法来解决瞬态，频率相关的玻尔兹曼输运方程，是有效的从扩散到弹道输运制度，严格包括声子特性的频率依赖性。此外，我们的方法比以前的数值方法快三个数量级以上，并提供了一个简单的解析表达式的热导率作为膜厚度的函数。我们的结果使我们能够更准确地理解薄膜中的热传导。
2014-10-10 cond-mat.mes-hall
Reconciling perturbative approaches in phonon assisted transport junctions
我们提出了一致的结果，分子导电使用两个中心互补的方法：非平衡格林函数技术和量子主方程方法。我们的模型描述了电子在施主-受主结中的传导，其中电子转移耦合到核运动，由谐波振动模式建模。这种初级模式进一步耦合到次级声子模式，即热浴。假设弱的电子-声子耦合，但任意大的分子-金属杂化，我们计算几个非平衡输运量：平均声子数的主模式，电荷电流统计。我们进一步提出的标度关系的累积量有效的大电压制度。我们的分析表明，非平衡格林函数技术和量子主方程方法可以制定出一致的，考虑到相应的散射过程。
2015-12-06 cond-mat.mes-hall
Disorder-free localization around the conduction band edge of crossing and kinked silicon nanowires
我们探索弹道制度量子输运特性的氧化物嵌入交叉和扭结硅纳米线（NW）内的大规模的经验赝势电子结构框架，耦合到Kubo-Greenwood输运分析。一个真实的空间波函数的研究进行和结果一起解释的弹道输运计算的结果。这揭示了弹道输运边缘位于最低未占分子轨道上方数十至数百毫伏处，在两者之间以及前者上方出现了大量的局域态。我们发现，这些局域化的状态是不是由于氧化物界面，而是核心硅衍生的。它们显示了电子的波动性质，这些电子是由来自NW结和弯曲的反射带到前景的。因此，我们表明，即使超净硅纳米线的交叉和扭结具有导带尾没有诉诸原子的混乱。
2015-02-10 cond-mat.mes-hall
Entropic signature of resonant thermal transport: Ordered form of heat conduction
提出一种分析框架，利用平衡和非平衡原子模拟表征边界与纳米结构诱导机制的熵特征，揭示声子局部共振通过广泛模式杂化阻碍不可逆演化和熵最大化，实现高度有序的热传导区域，为超精确声子控制铺路。
2024-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
On the solenoidal heat-flux in quasi-ballistic thermal conduction
声子的玻尔兹曼输运方程是直接用热通量的形式通过迭代和球谐展开的二阶截断来改写的。这个过程显示的热通量在一个明确的坐标不变的形式，并导致自然分解成两个组件，即螺线管组件除了通常的无旋组件。螺线管的热通量显式示出的出现，通过应用热通量方程的直圆柱。这些发现是重要的声子谐振器的上下文中，利用强准弹道热输运最近报道在室温下的硅膜。
2015-09-13 cond-mat.mes-hall
Enhancement and reduction of one-dimensional heat conduction with correlated mass disorder
强无序结构中的短程有序对其导热性能起着重要的作用。使用数值和分析方法，我们表明，短程空间相关（与$Λ_{m}$的相关长度）的质量分布的一维（1D）合金类随机二元晶格导致显着增强的高频声子透射率，但也增加了低频声子不透明度。高频半扩展态的形成，而低频模式变得更加本地化。这导致有限长度的弹道热传导，但也矛盾地导致更高的热阻，其在$L\rightarrow\infty$极限中与$\sqrt{Λ_{m}}$成比例。我们确定了一个紧急的交叉长度（$L_{c}$），低于该长度出现热透明度。交叉长度与$Λ_{m}$线性相关，但比$Λ_{m}$大两个数量级。我们的研究结果表明，声子透射谱和热传导在无序的一维晶格可以控制通过统计成域的组成成分原子的聚类。它们还意味着在无序的一维结构中检测到弹道热传导可能是在小得多的长度尺度上的内在质量相关性的特征。
2014-12-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Phonon drag thermopower and weak localization
先前的实验工作的二维（2D）的电子气在硅蓝宝石器件导致的结论是，电导率和声子拖曳热电势$S^g$的影响，以相同的相对程度由弱本地化。本文进一步给出了两种极低迁移率二维电子气在$δ-$掺杂GaAs/Ga $_x$ Al $_{1-x}$ As量子阱中输运系数的实验和理论结果。实验是在3- 7 K的温度范围内进行的，其中声子阻力占主导地位的热电势和，与以前的工作相反，观察到的变化，由于弱本地化的热电势被发现是一个数量级小于那些在电导率。提出了二维和三维半导体中声子拖曳热势的理论框架，解释了$S^g$对弱局域化的不敏感性。它还提供了许多以前的实验和理论结果的透明的物理解释。
1998-07-09 cond-mat.mes-hall
Flexural phonons in supported graphene: from pinning to localization
我们确定石墨烯层上的无序衬底作为一个可能的系统，其中可以观察到声子的安德森局域化。通常，散射波的局部化观测并不简单，因为瑞利散射与波长的高功率成反比。的情况是完全不同的平面外的振动，所谓的弯曲声子，散射钉扎中心诱导的基板。在这种情况下，消失波矢的散射时间趋于有限极限。因此，人们可以预期弯曲声子的物理学表现出二维电子局域化的特征，尽管没有由电子-电子相互作用引起的复杂性。我们通过计算存在钉扎中心的弹性薄片模型中弯曲声子的安德森局域化的统计性质证实了这一观点。最后，我们讨论了弯曲声子，包括局域声子，在电子热导中的可能表现。
2018-11-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Radiation conduction in polaritonic nanowires
The University of Utah（犹他大学）
利用基于涨落电动力学的离散系统格林函数方法，预测了室温附近SiO2纳米线在扩散区的辐射热导率，并揭示了表面声子极化激元和体声子极化激元的不同贡献。
2026-05-20 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Anomalous conduction and second sound in the Fermi-Pasta-Ulam-Tsingou chain: wave-turbulence approach
一维粒子链是解释纳米管和纳米线等低维固体中反常热传导的基本模型。在这些系统中，热能由声子携带，即通过非线性共振相互作用的传播晶格振荡。声子之间的平均能量转移由直接从微观动力学导出的波动方程（WKE）描述。在这里，我们使用的空间非均匀WKE的原型$β-$费米-帕斯塔-乌拉姆-Tsingou（FPUT）模型，配备恒温器能够设置不同的温度在两端。我们的主要发现如下：（1）电导率与系统尺寸的异常标度，与已知的微观动力学结果密切一致，是由于高和低波数之间的非平凡的相互作用。(ii)高波数声子弛豫到局部热力学平衡，扩散地传输能量，{ \it à la Fourier}。(iii)低波数的声子几乎没有相互作用，并且以弹道的方式传递能量;后一种现象类似于第二声发射，例如在超流体中观察到的。
2022-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech nlin.CD
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
Intrinsic Temporal Coherence Governs Heat Transport of Zone-Folded Phonons
Southwest Jiaotong University（西南交通大学）；The University of Tokyo（东京大学）；Ecole Polytechnique（巴黎综合理工学院）；Tongji University（同济大学）；Harbin Institute of Technology（哈尔滨工业大学）；Aix-Marseille Université（艾克斯-马赛大学）
研究从时间相干性角度探讨声子传输，发现区折叠声子的内在相干性主导超短周期超晶格的热传导增强，而Wigner传输方程对带折叠的影响较小。
2026-03-31 cond-mat.mes-hall
Experimental metrology to obtain thermal phonon transmission coefficients at solid interfaces
界面在固体中声子介导的热传导中起着至关重要的作用，影响着从热电废热回收到电子散热的应用。从微观的角度来看，界面声子输运是由传输系数来描述的，传输系数连接了构成界面的材料中的振动模式。然而，这些系数的直接实验测定是具有挑战性的，因为大多数实验提供了一个模式平均界面电导，模糊了微观细节。在这里，我们报告了一个计量提取热声子传输系数在固体界面使用从头算声子输运模型和热表征技术，时域热反射。结合透射电子显微镜表征的接口，我们的方法使我们能够链接的原子结构的接口的光谱内容的热量穿越it.Our工作提供了一个有用的视角上的微观过程界面热传导。
2016-12-26 cond-mat.mes-hall
Photonic thermal conduction by infrared plasmonic resonators in semiconductor nanowires
由于光子的低能量密度和被快速吸收的趋势，光子通常对固体内的热传输没有贡献。我们提出了一个实用的材料系统-红外等离子体共振器嵌入在半导体纳米线-利用近场电磁耦合，实现光子热传输可比的电子和声子的贡献。我们分析表明，光子热导率高达约1 W m-1 K-1的10 nm直径的硅和InAs纳米线含有重复谐振器在500 K。纳米线系统在各向同性环境中的性能优于等离子体粒子，并为光子热传输提供了一条超过声子和电子的途径。
2019-04-17 cond-mat.mes-hall
Size Effects in Thermal Conduction by Phonons
纳米尺度系统中的热传递既难以在显微镜下测量，也难以解释。弹道热流和扩散热流共存，增加了混乱。本文着眼于一个非常简单的情况：周期性重复的纳米晶体。这是一个流行的模型，使用经典的分子动力学（MD）模拟体热传输，并涉及到瞬态热光栅实验。纳米尺度效应可能以最简单的形式出现。该模型是解决了标准准粒子气体理论的散装固体的扩展。结构和热流都受到周期性边界条件的约束。扩散输运是完全包括在内，而弹道输运的声子长的平均自由程以特定的方式减少。热流J（x）和温度梯度dT（x ′）/dx ′在一定距离上具有通过k（x-x ′）的非局部关系|x-x'|由声子平均自由程确定。在体电导率的MD模拟中，有限的计算机资源限制了系统的大小。长的平均自由程，相当于加热和冷却的尺度，导致不希望的有限尺寸效应，必须通过外推法去除。本模型允许这种外推量化。基于Peierls-Boltzmann方程，使用广义德拜模型的计算表明，外推涉及1/L的分数幂。为了提高数值计算的收敛性，加热和冷却应按正弦分布（de/dt~cos（2 pi x/L））。
2015-06-30 cond-mat.mes-hall
