Polar phonons in some compressively stressed epitaxial and polycrystalline SrTiO3 thin films
几个SrTiO 3（STO）薄膜无电极脉冲激光沉积处理，厚度下降到40 nm，使用红外透射和反射光谱进行了研究。定量测定了薄膜中极性声子模，特别是铁电软模的复介电响应。在（100）La0.18Sr0.82Al0.59-Ta0.41O3衬底（应变0.9%）上的压缩外延STO膜显示出强烈的硬化声子响应，而在（0001）蓝宝石衬底上的多晶膜中的软模显示出由于晶界和/或其他不均匀性和缺陷而引起的强烈加宽。硬化软模式是负责一个低得多的静态介电常数在平面上的压缩膜比在散装样品。
2009-04-28 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of MoS2 polycrystalline nanosheets
我们报告了一种用于将大面积的CVD生长的少层MoS 2从原始衬底转移到另一个任意衬底和多孔衬底上的技术，以获得独立的结构。该方法包括无聚合物和残留物，表面张力辅助湿转移，其中我们利用了MoS 2的疏水特性。与广泛使用的PMMA介导的转移相比，该方法产生质量更好的转移层，具有更少的裂纹和缺陷，以及更少的污染，并且允许制造直径高达100微米的少层、无支撑结构。我们报告的热导率测量通过非接触式拉曼测温对如此制作的样品。测量结果显示，面内热导率大幅降低至0.5 W/mK。使用有限元方法模拟多晶膜的结果进行解释。
2016-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced thermoelectric figure of merit in polycrystalline carbon nanostructures
碳纳米结构中经常观察到晶界，但它们对热和电性能的影响仍然没有完全了解。利用密度泛函紧束缚理论和非平衡格林函数相结合的方法研究了碳基体系中电子和声子的输运。在这项工作中，量子输运和热电性能的石墨烯片，石墨烯纳米带和碳纳米管的各种晶界类型在一个较宽的温度范围内进行了总结。受先前发现的无序散射声子比电子更有效的启发，预期多晶系统的热电性能会有显着改善。由于该效应对晶界类型略微敏感，我们证明晶界是一种可行的工具，可以大大提高品质因数，为新型热电材料的设计铺平道路。
2015-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Characterizing thermal conduction in polycrystalline graphene
在这项工作中，通过理论和模拟相结合的方法探索和讨论了热传导。采用基于六边形贴片模型的分子动力学模拟计算了多晶石墨烯的热导率k，并与实验中的微观结构表征结果进行了比较。晶粒尺寸，取向和温度的影响进行了确定与讨论的微观声子散射机制。有效热导率随晶粒尺寸的增大而增大，随晶界错配角和位错密度的增大而减小。在多晶体中，k的1/T温度依赖性显著减弱。晶界在改性石墨烯的热输运性质中的作用的特征在于其作为单独相的有效宽度和热导率，其随后被包括在预测性有效介质模型中，该模型显示对于大于几微米的晶粒热导率的劣化降低。
2013-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Exploring the Electrical Transport Properties and Insulator-Metal Transition in Polycrystalline Pr$_2$MgZrO$_6$: Insights from Conductivity and Impedance Spectroscopy
该研究通过电导率和阻抗谱分析，发现多晶Pr$_2$MgZrO$_6$在约452 K发生绝缘体-金属转变，揭示了其导电机制随温度的变化。
2023-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Study of spin-phonon coupling and magnetic field induced spin reorientation in polycrystalline multiferroic $GdFeO_3$
本文报道了多晶多铁性$GdFeO_3$（GdFO）的制备，并通过X射线衍射（XRD）、磁化强度、温度相关拉曼光谱、温度和磁场相关$^{57}Fe$ M $\ddot{o}$穆斯堡尔谱测量进行了表征。根据XRD图谱的Rietveld精修，发现样品是纯相的。在外加磁场条件下测量的$\ddot{o}$穆斯堡尔谱显示了场致自旋重取向转变的特征，这一特征与磁化强度测量结果相一致.由内部超精细场随温度的变化，得到N $\grave{e}$ el转变温度（$T_{N,Fe}$）为672.5 $\pm$ 0.2 K，临界指数（$β$）为0.333 $\pm$ 0.003.温度依赖的（300 - 760 K）拉曼光谱测量显示的签名的自旋-声子耦合和局部结构重排整个$T_{N,Fe}$。
2016-07-18 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of PbTe-CoSb3 bulk polycrystalline composite: the role of microstructure and interface thermal resistance
对PbTe-CoSb_3多晶复合材料的微观结构和界面热阻对热导率的影响进行了系统的实验和理论研究。特别讨论了分散相颗粒尺寸与界面热阻（R_{int}）对声子热导率（κ_{ph}）的关系。为此，制备了一系列不同CoSb_3颗粒尺寸的PbTe-CoSb_3多晶复合材料。结构（XRD）和微观结构分析（SEM/EDXS）证实了假定的化学和相组成。由PbTe和CoSb_3相的测量声速确定声阻抗差（ΔZ）。界面热阻（R_{int}）的计算采用德拜模型，并与实验R_{int}一致。结果表明，当分散相（CoSb_3）的粒径小于临界值~ 230 nm时，复合材料的κ_{ph}可能会降低。这种关系的结论是至关重要的控制复合热电材料中的热传输现象。选择具有不同弹性性能（声阻抗）和小于Kapitza半径的颗粒尺寸的组分导致了具有设计热性能的复合TE材料工程的新方向
2020-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced thermopower and low thermal conductivity in p-type polycrystalline ZrTe5
报道了p型ZrTe_5多晶在2 - 340 K温度范围内的热电性能。热电功率（S）为正值，在340 K时随温度升高，S可达458 uV/K。费米能值为16 meV，表明载流子密度较低，约为9.5 × 10^18 cm-3。在38 K时观察到S数据的急剧异常，这似乎是p型ZrTe 5的固有特征。热导率值较低（在T = 300 K时为2 W/m-K），主要贡献来自晶格部分。电阻率数据显示在T ~ 150 K时金属向半导体的转变以及半导体区域中的非Arrhenius行为。的优值zT（0.026在T = 300 K）是约63%，高于HfTe 5（0.016），并优于传统的SnTe，p型PbTe和双极原始ZrTe 5化合物。
2017-08-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Impact of grain boundary characteristics on thermal transport in polycrystalline graphene: Analytical results
采用形变势方法研究了多晶石墨烯的晶界结构、尺寸和形状对热导率的影响。在玻恩近似下，得到了声子平均自由程的精确解析表达式。我们发现在长波长极限下有两种行为：对于任何形状的开放GB，MFP随$k^{-1}$变化，而对于闭合配置（环路），MFP则随$k^{-3}$变化。在短波长极限MFP往往是一个恒定的值为任何配置。观察到的振荡行为，这表明它们作为衍射光栅的声子。这种性质也是固有的GB与不规则性所造成的部分向错偶极子。热导率的计算框架中的Callaway的方法与所有主要来源的声子散射考虑在内。在很宽的温度范围内，热导率随晶粒尺寸的减小而减小。最有趣的是，我们发现了一个显着的降低，在多晶石墨烯的热导率包含GB的变化，在他们的取向差角。
2019-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity spectrum calculation from first-principles-based harmonic phonon theory
近年来，介电和半导体晶体的纳米结构化增强了其热导率的可控性。为了进行计算材料搜索以获得具有理想热导率的纳米结构材料，一个关键性质是原始单晶的热导率谱，其决定了纳米结构的适当长度尺度和不同种类纳米结构的相互适应性。虽然第一性原理声子输运计算已经变得容易，但非简谐晶格动力学计算仍然是扫描许多材料的繁重工作。为此，我们已经开发了一个经验模型，描述的热导率谱的谐波声子性质和体热导率。该模型进行了测试，几种晶体具有不同的结构和热导率，并确认再现的热导率谱和非谐计算的整体配置文件。
2016-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Length Dependent Thermal Conductivity Measurements Yield Phonon Mean Free Path Spectra in Nanostructures
在纳米结构如纳米线上的可变长度上的热导率测量提供了关于负责热传导的声子的平均自由程（MFP）的重要信息。然而，几乎所有的这些测量都是用平均MFP来解释的，即使许多晶体中的声子具有宽的MFP光谱。在这里，我们提出了一种重建方法来获得MFP光谱的纳米结构从可变长度的热导率测量。使用这种方法，我们调查最近报道的SiGe合金纳米线和悬浮石墨烯带的长度依赖的热导率测量。我们发现，最近对石墨烯的测量表明，石墨烯中70%的热量是由具有大于1微米的MFP的声子携带的。
2015-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of GeTe/Sb$_{2}$Te$_{3}$ superlattices measured by coherent phonon spectroscopy
利用飞秒相干声子谱研究了GeTe/Sb $_{2}$ Te $_{3}$超晶格的晶格热导率。在非晶和晶态GeTe/$_{2}$ SL薄膜中获得的时间分辨瞬态反射率在太赫兹（THz）频率下具有皮秒退相时间的相干$A_{1}$光学模式。基于德拜理论，我们计算了晶格热导率，包括晶界散射、点缺陷散射、umklapp过程和声子共振散射。结果表明，在非晶SL的热导率是较小的温度依赖性，归因于占主导地位的声子缺陷散射。
2011-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
On the low-temperature anomalies in the thermal conductivity of plastically deformed crystals due to phonon-kink scattering
以前的实验研究的塑性变形的铅晶体在超导状态下的热导率显示出强烈的异常的热导率。对于弯曲的${}^4\text{He}$样品的热导率也发现了类似的效果。到目前为止，对这些结果的理论解释仍然缺失。在本文中，我们将介绍声子扭结散射的过程，并表明它定性地解释了实验发现的异常。
2012-09-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast lattice dynamics and electron-phonon coupling in platinum extracted with a global fitting approach for time-resolved polycrystalline diffraction data
电子-声子耦合的定量知识对于许多应用以及对于非平衡弛豫过程的基本理解是重要的。时间分辨衍射通过其对激光诱导的晶格动力学的敏感性提供了对这一知识的直接访问。在这里，我们提出了一种分析时间分辨多晶衍射数据的方法。一个两步例程是用来最小化的时间依赖的拟合参数的数量。晶格动力学提取通过找到最适合的完整的瞬态衍射图案，而不是通过分析个别Debye-Scherrer环的瞬态变化。我们将这种方法应用于铂，一个重要的组成部分，新的光催化和自旋电子应用，其中存在很大的变化的文献值的电子-声子耦合参数$G_\mathrm{ep}$。基于原子均方位移（MSD）的演化，利用双温模型（TTM），我们得到了$G_\mathrm{ep}=(3.9\pm0.2)\cdot10^{17}\frac{\mathrm{W}}{\mathrm{m}^3\hspace{1pt}\mathrm{K}}$（统计误差）。我们发现，至少达到$124\hspace{2pt}\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{cm}^3}$的吸收能量密度，$G_\mathrm{ep}$是不依赖于注量。我们的研究结果为铂的晶格动力学提供了电子-声子耦合和声子热化的见解，并构成了定量描述的非平衡条件下的铂基异质结构的基础。
2021-11-17 cond-mat.mtrl-sci
The role of grain boundary scattering in reducing the thermal conductivity of polycrystalline XNiSn (X = Hf, Zr, Ti) half-Heusler alloys
半赫斯勒化合物的热电应用受到其相当高的热导率的影响。因此，深入了解各种散射机制如何有效地降低所制造的XNiSn化合物（X = Hf、Zr、Ti及其混合物）的热导率是至关重要的。在这里，我们表明，这样的洞察力可以通过协调一致的理论实验比较晶格热导率kLat（T）如何取决于温度和微晶尺寸。比较理论和实验的范围内的Hf0.5Zr0.5NiSn和ZrNiSn样品在文献中报道，并在本文件中显示，晶界散射起着最重要的作用，在降低kLat，特别是这样的未混合的化合物。我们一致的分析方法证实了测量和计算的kLat的多晶样品，其中实验的平均晶粒尺寸被用作输入参数的计算之间的良好的定性协议。计算是基于玻尔兹曼输运方程和从头算密度泛函理论。我们的分析解释了名义上相同的XNiSn样品的报告kLat的显着变化，预计将提供有价值的见解，即使是其他材料的主要散射机制。
2017-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Quantum mechanical prediction of four-phonon scattering rates and reduced thermal conductivity of solids
最近，基于第一性原理的微扰理论预测晶格热导率$κ$取得了重大成功。然而，它只包括三声子散射，因为假设四声子和更高阶的过程通常是不重要的。此外，直接评估四声子和高阶过程的散射率一直是一个长期的挑战。然而，在这项工作中，我们已经开发了一种形式主义，以明确地确定在整个布里渊区四声子散射的量子力学散射概率矩阵，并通过减轻计算的挑战，我们直接计算四声子散射率。我们发现，四声子散射率是可比的三声子散射率在中高温下，他们增加二次温度。因此，当四声子散射被包括在内时，Lennard-Jones氩的$κ$在80 K下减少了60%以上。此外，在较少的非谐材料-金刚石，硅，锗，$κ$仍然减少在高温下的四声子散射。此外，即使在低温下，光学声子的热导率也由四阶和更高阶声子散射主导。
2016-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Role of acoustic phonons in exotic conductivity of two-dimensional Dirac electrons
研究了二维狄拉克电子的声子散射对电导率的影响。电导率（$σ$）的温度（$T$）依赖性使用电子格林函数计算，其中杂质（$Γ_0$）和声子（$Γ_{\rm ph}$）都具有阻尼。对于零掺杂或小掺杂，当前快速通信关注的是，由于狄拉克电子和声子散射之间的竞争，$σ(T)$增加并且变得几乎恒定。$σ(T)$的这种奇怪行为归因于一种奇异的声子散射机制，在狄拉克锥的存在下，其动量空间被强烈缩小。对于大掺杂，由于费米面和声子的相互作用，$σ$减小。非常规的$T$的依赖性的电阻率$ρ(=1/σ)$小掺杂进行了比较与狄拉克电子在有机导体的实验。
2018-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Simultaneous achievement of large anomalous Nernst effect and reduced thermal conductivity in sintered polycrystalline topological Heusler ferromagnets
本研究通过火花等离子烧结法制备多晶Co$_{2}$MnGa板材，实现了大反常能斯特效应与降低的热导率，获得创纪录室温热电优值，揭示了多晶拓扑材料在横向热电应用中的潜力。
2025-06-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Towards intrinsic phonon transport in single-layer MoS$_2$
MoS $_2$的本征晶格热导率是设计MoS $_2$基纳米电子器件的一个重要方面。我们利用第一性原理计算研究了MoS $_2$的晶格动力学性质。利用声子的玻尔兹曼输运方程计算了单层MoS $_2$的本征热导率。得到的热导率与测量值吻合良好。计算了声学声子和光学声子对晶格热导率的贡献。研究了热导率的尺寸依赖性。
2015-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bimodal grain-size scaling of thermal transport in polycrystalline graphene from large-scale molecular dynamics simulations
石墨烯中的晶界在通过化学气相沉积制备的晶片级样品中是固有的。它们可以强烈地影响石墨烯的机械性能以及电子和热传输。在这项工作中，我们采用广泛的分子动力学模拟来研究大悬浮多晶石墨烯样品中的热输运。不同的控制晶粒尺寸的样品制备最近开发的有效的多尺度方法的基础上相场晶体模型。与以前的工作相比，我们的研究结果表明，缩放的热导率与晶粒尺寸意味着双峰行为与两个有效的Kapitza长度。的缩放是占主导地位的平面外（弯曲）声子的Kapitza长度是一个数量级大于面内声子。我们还表明，为了获得与最新实验的定量一致，需要对晶界的Kapitza电导和原始石墨烯的热导率进行量子校正，并且相应的Kapitza长度必须相应地重整化。
2017-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Extreme Low Thermal Conductivity in Nanoscale 3D Si Phononic Crystal with Spherical Pores
热电材料为将有害和无用的热量转化为有用的能量--电提供了很大的希望。它还可以用作集成电路中的固态Peltier冷却器，这对电子工程师来说是一个巨大的挑战。对高效热电材料的需求从未如此强烈。虽然已经做了很多工作，但我们离热电材料的配方还很远。纳米结构化提供了一种有效的方法，通过降低热导率而不影响电子特性来提高品质因数（ZT）。1在这里，我们提出了一种新型的具有球形孔的纳米级三维（3D）Si声子晶体（PnC），它可以在室温下将体Si的热导率降低高达10，000倍。极低的热导率可能导致ZT值大于1。从室温到1100 K，热导率变化不大.声子参与比谱表明，随着孔隙率的增加，声子局域化程度增加。
2013-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal Conductivity of Segmented Nanowires
本文综述了分段纳米线声子热导率的研究进展，重点介绍了具有恒定截面和周期性调制截面的Si和Si/Ge结构的声子热导率的理论结果。我们描述了使用面心立方晶胞和Born-von Karman晶格振动模型计算分段纳米线中的声子能谱。在这样的纳米结构中的声子谱的修改导致声子热导率的强烈降低和热传递的抑制，由于声子模式在纳米线段中的捕获。分段纳米线在热电能发电的可能的实际应用进行了讨论。
2016-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Extended defects as a source of phonon confinement in polycrystalline Si and Ge films
本研究结合 Raman、XRD、TEM 与 DFT 分析多晶 Si/Ge 薄膜，证明声子限制主要源于晶界而非孪晶等扩展缺陷。
2024-02-07 cond-mat.mtrl-sci
The influence of phonon thermal conductivity on thermoelectric figure of merit of bulk nanostructured materials with tunneling contacts
被认为是一种复合材料，它由导电纳米粒子分离的隧穿电介质势垒。从理论上研究了介质基体的声子热导率对该复合材料热电优值的影响。的范围内的值和障碍参数，可以导致热电优值大于统一的估计。讨论了空间电荷和隧穿势垒电流-电压关系的非线性对隧穿势垒电流-电压关系的影响。
2012-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Prediction of Phononic Thermal Conductivity of Silicene: a Comparison with Graphene
除了石墨烯之外，人们对二维材料在基础科学和技术应用方面都有很大的兴趣。硅烯是石墨烯的硅对应物，已被证明具有比石墨烯更好的电子性质。然而，其热输运性质尚未得到充分研究。在本文中，我们应用基于第一性原理的声子玻尔兹曼输运方程来研究硅烯的热导率以及声子散射机制。虽然石墨烯和硅烯都是二维晶体，具有相似的晶体结构，但我们发现硅烯中的声子输运与石墨烯中的声子输运有很大的不同。硅烯的热导率相对于样品尺寸呈对数增加，这是由于声学面内声子模式的散射率小，而石墨烯的热导率是有限的。对声子散射通道的详细分析表明，由于弯折结构引起的声离面（ZA）声子模的线性色散，使得硅烯中的长波长纵向声（LA）声子模的散射不如石墨烯中的有效.与石墨烯相比，其中大部分热量由声学面外（ZA）声子模式携带，硅烯中的ZA声子模式对总热导率的贡献仅为~10%，这也可以归因于屈曲结构。这种使用基于第一原理的计算对硅烯和石墨烯的声子输运和热导率进行的系统比较，为其他二维材料（如二维过渡金属二硫属化物）提供了一些线索。
2014-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Sampling-accelerated First-principles Prediction of Phonon Scattering Rates for Converged Thermal Conductivity and Radiative Properties
针对声子散射计算成本高昂导致热导率预测未收敛的问题，提出基于极大似然估计的小样本散射率估算方法，将计算成本降低99%以上，实现硅热导率的收敛预测，适用于材料高通量筛选。
2023-11-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of Holstein phonons on the optical conductivity of gapped graphene
我们研究了掺杂石墨烯在电子-声子相互作用下发生亚晶格对称性破缺时的光学电导率。我们的研究是基于久保公式，这是建立在推迟自能。我们报告的新功能的实部和虚部的准粒子自能在存在的间隙开放。我们在较宽的电子密度、带隙值和电子-声子耦合常数范围内得到了重正化费米速度的解析表达式。最后我们得出结论，包含重整化费米能和带隙效应确实是至关重要的，以获得合理的光学电导率的功能。
2009-11-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomic-scale tunable phonon transport at tailored grain boundaries and Their Impact on Thermal Conductivity
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；Irvine Materials Research Institute, University of California-Irvine（加州大学尔湾分校欧文材料研究所）；University of California, San Diego（加州大学圣迭戈分校）
研究通过原子级振动光谱学揭示晶界角度对声子输运和热导率的调控机制，提出倾斜和扭转角度作为热管理的调控手段。
2026-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanoconfined Grain Boundaries Increase Conductivity of Polycrystalline Molecular Crystals
Temple University（天普大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）
通过改变晶界体积分数，发现晶界显著提高多晶分子晶体的导电性，晶粒中的离子迁移较慢，而晶界中的离子迁移更快。
2026-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Heat transport in pristine and polycrystalline single-layer hexagonal boron nitride
我们使用相场晶体模型生成大规模的双晶和多晶单层六方氮化硼（h-BN）样品，并采用分子动力学（MD）模拟与Tersoff多体势研究其热输运性质。采用非均匀非平衡分子动力学方法计算了h-BN晶界的Kapitza热阻。电阻与倾斜角、线张力和晶界缺陷密度有很强的相关性。我们还计算了原始的h-BN和多晶h-BN的热导率与不同的晶粒尺寸使用一个有效的均匀非平衡MD方法。面内和面外（弯曲）声子表现出不同的晶粒尺寸标度的热导率在多晶h-BN和提取Kapitza电导接近的大倾角晶界的双晶。
2018-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Shot noise and conductivity at high bias in bilayer graphene: Signatures of electron-optical phonon coupling
研究了双层石墨烯（BLG）片在高偏压和低浴温$T_0=4.2$ K下的电子电导率和散粒噪声。作为偏置的函数，我们发现最初增加的微分电导率，我们归因于自加热。在较高的偏压下，由于光学声子的背散射，电导率饱和甚至下降。电子-声子相互作用也负责在偏置电压$V>0.1$ V的Fano因子的衰减。高偏置电子温度已从散粒噪声测量计算，它上升到$\sim1200$ K在$V=0.75$ V。使用BLG电导率的理论温度依赖性，我们提取一个有效的电子-光学声子散射时间$τ_{e-op}$。在230 nm长的迁移率为$μ=3600$ cm $^2$ V $^{-1}$ s $^{-1}$的BLG样品中，我们发现$τ_{e-op}$随着电压的增加而减小，并且接近于$V=0.6$ V处的带电杂质散射时间$τ_{imp}=60$ fs。
2011-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Extreme Suppression of Thermal Conductivity in Monolayer Beryllene
Indian Institute of Technology Jodhpur（印度焦浦尔理工学院）
本研究基于从头算与线性化声子玻尔兹曼输运方程，揭示单层铍烯的高热导率及其由弯曲声子主导、随温度变化的异常热输运机制。
2026-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Long Phonon Mean Free Paths Observed in Cross-plane Thermal-Conductivity Measurements of Exfoliated Hexagonal Boron Nitride
本文测量剥离 hBN 薄片的跨面热导率，发现其在 7–585 nm 间随厚度增加四十倍，并通过扭转界面实验证明长 MFP 声子及边界散射的关键作用。
2021-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Competing mechanisms govern the thermal rectification behavior in semi-stochastic polycrystalline graphene with graded grain-size distribution
本研究通过半随机多晶石墨烯模型，利用质心Voronoi细分和非平衡分子动力学模拟，揭示梯度晶粒分布下热整流由声子耦合与热导率温度依赖性竞争机制主导。
2023-12-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Enhanced Thermoelectric Performance of Polycrystalline Si0.8Ge0.2 Alloys through the Addition of Nanoscale Porosity
工程材料包括纳米级孔隙率或其他纳米级结构已成为一个完善的战略，提高热电性能的热电材料。然而，该方法仅被认为是有益的材料中的固有声子平均自由程是远远长于的载流子。因此，该方法不会被期望在多晶半导体合金（例如SixGe 1-x）中提供显著的性能增益，其中质量无序和晶粒提供强的声子散射。在这份手稿中，我们证明，除了纳米级的孔隙率，甚至超细晶粒Si0.8Ge0.2可能是值得的。半经典玻尔兹曼输运方程被用来模拟多晶Si 0.8Ge 0.2中含有垂直于输运电流的棱柱形孔的电和声子输运。该模型是免费的调整参数，并对实验数据进行了验证。模型表明，孔隙和晶界的组合抑制声子导电性的大小与电子热导率。在这种情况下，ZT可以通过降低载流子浓度来进一步增强电和电子热导率，同时增加热功率。尽管ZT的增加幅度不大，但最佳载流子浓度显着降低，这意味着半导体不需要用掺杂剂如此强烈地过饱和。
2021-10-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electrical conductivity enhancement of epitaxially grown TiN thin films
本研究通过直流溅射在高温下制备外延 TiN 薄膜，发现其相比多晶薄膜表面氧化更少且电阻率显著降低至约 30 micro-ohm-cm，证明高温生长能显著增强电导率，适用于耐用可扩展电极。
2023-10-22 cond-mat.mtrl-sci
Phonon hydrodynamics and ultrahigh-room-temperature thermal conductivity in thin graphite
碳的同素异形体，如金刚石和石墨烯，是最好的热导体。我们监测薄石墨的热导率的演变作为温度和厚度的函数，并发现高电导率，厚度和声子流体力学之间的密切联系。8.5微米厚的石墨在室温下的面内热导率为4300瓦/米-开尔文--这个值远高于金刚石，略高于同位素纯化的石墨烯。升温增强了在很宽的温度范围内的热扩散率，支持部分流体动力学声子流。我们观察到的热导率的增强与厚度的减小指向声子的面外动量和动量弛豫碰撞的分数之间的相关性。我们认为，这是由于极端的声子色散各向异性石墨。
2020-01-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Direct Visualization of Thermal Conductivity Suppression Due to Enhanced Phonon Scattering Near Individual Grain Boundaries
了解晶格缺陷对纳米级热传输的影响对于从热管理到能量转换的各种应用至关重要。晶界是多晶材料中普遍存在的缺陷，它散射声子并降低热导率。从历史上看，它们对热传导的影响已经通过空间平均测量间接研究，这几乎没有提供关于单个GB附近声子输运的信息。在这里，使用空间分辨时域热反射（TDTR）测量结合电子背散射衍射（EBSD），我们在几个μm的单个GB在掺硼多晶金刚石的热导率进行局部测量。我们观察到强烈抑制的热传输附近的GB，从约1000 W/m-K的大晶粒的中心到约400 W/m-K的GB附近的电导率降低。此外，我们表明，这种电导率的降低是测量到~10 μm远离GB。提出了一个理论模型，捕获的声子平均自由路径，由于强烈的扩散声子散射在无序晶界的局部减少。我们的研究结果提供了一个新的框架，了解纳米材料中的声子缺陷相互作用，与使用高热导率的多晶材料作为电子热管理中的散热器的影响。
2018-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Significant Reduction of Graphene Thermal Conductivity by Phononic Crystal Structure
采用分子动力学模拟研究了石墨烯声子晶体（GPnC），又称石墨烯纳米网的热导率。研究了GPnCs的热导率随长度和温度的变化关系。研究发现，GPnCs的热导率明显低于石墨烯，并且可以通过改变孔隙率和周期长度来有效地调节。例如，当孔隙率从约21%变化到65%时，GPnC的热导率与石墨烯的热导率的比率可以从0.1变化到0.01。声子参与比谱表明，更多的声子模式在GPnCs与较大的孔隙率本地化。我们的研究结果表明，创建GPnCs是一种有价值的方法来有效地操纵石墨烯的热导率。
2014-07-22 cond-mat.mtrl-sci
A comprehensive first-principles analysis of phonon thermal conductivity and electron-phonon coupling in different metals
分离电子和声子热导率分量对于理解金属中的原理热传输机制是必要的，并且在许多应用中是非常期望的。在这项工作中，我们预测了18种不同的金属在室温下的模式依赖的电子和声子的热导率从第一性原理。我们的第一性原理预测，在一般情况下，同意与实验数据。我们发现声子热导率在2 - 18 $W/mK$之间，占总热导率的1% - 40%.研究还发现，由于声子群速度高，过渡金属和过渡金属间化合物（TIC）中的声子热导率与贵金属相比是不可忽略的。此外，过渡金属和金属间化合物中的声子热导率的电声耦合效应比贵金属的强，这是由于它们具有较大的电子-声子耦合常数，费米窗口内的电子态密度较高，声子频率较高。贵金属具有比过渡金属和TiC更高的电子热导率，这主要是由于贵金属中弱的电子-声子耦合。过渡金属和过渡金属间化合物的洛伦兹比与索末菲值$L_0=2.44 \times 10^{-8} W ΩK^{-2}$的偏差较大。我们还发现声子的平均自由程（10 nm以内）比电子的平均自由程（5 - 25 nm）小。电导率和电子热导率与电子的微扰函数密切相关。
2019-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of thermal conductivity in dielectrics using fast, spectrally-resolved phonon transport simulations
我们提出了一种新的方法来预测材料中的有效热导率（$κ_{\textrm{eff}}$），由${ab\,initio}$材料性能模拟告知。使用玻尔兹曼输运方程的自共轭角通量制定，我们进行了模拟，在硅在室温下的长度尺度从10 nm到10 $μ$ m变化，并报告温度分布，光谱热通量和热导率。我们的实现利用Richardson迭代的修改版本的声子散射源。该方法在输运方程中引入封闭项，作为系统总能量池的再分配核。这个术语是一个有效的指标之间的光谱声子辐射和角声子强度的传输系统的无序程度。我们采用偏振，态密度和全色散谱来解决热导率与许多角度和空间离散。
2019-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Thermoelectric Properties of Polycrystalline NiSi3P4
在2 ~ 775 K温度范围内对多晶NiSi_3 P_4的霍尔系数、塞贝克系数、电阻率和热导率进行了表征。未掺杂的NiSi_3 P_4是一种窄禁带半导体，在室温以下具有激活电阻率ρ，在300 K时具有大的Seebeck系数~ 400 uV/K。用硼取代硅的尝试导致了非本征空穴的产生，产生了ρ随温度升高而增加的中度杂质半导体行为，温度高于~ 150\，K。霍尔载流子密度在200 K时被限制在约5 × 10 ^{19}/cm ^3，这表明如果硼确实被掺入晶格中，则达到了硼的溶解度极限。这些非本征样品在300 K下的霍尔迁移率为12 cm ^2/V/s，抛物线带等效有效质量为自由电子质量的3.5倍。在700 K时，热电优值系数zT达到~0.1。热电性能的进一步改善将需要达到更高的载流子密度，以及进一步降低晶格热导率的机制，其在700 K下为~ 5 W/m/K。在Ge合金化的结果在低温下的热导率略有降低，在较高的温度下观察到的影响不大。
2013-03-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Thermal Conductivity of BAs under Pressure
由于砷化硼（BAs）特殊的声子色散，其热导率被认为受声子散射选择规则的影响。压缩的BA导致显着的变化，声子色散，这使得测试的第一原理理论的声子色散如何影响三，四声子散射率。这项研究报告的导热系数从0到30 GPa的BA。用金刚石对顶砧装置测量了BA的热导率与压力的关系。与典型的非金属晶体形成鲜明对比的是，观察到BA具有低于30 GPa的压力无关的热导率。非金属晶体的热导率通常在压缩时增加。不寻常的压力独立的BAs的热导率显示声子色散特性和三，四声子散射率之间的重要关系。
2023-02-16 cond-mat.mtrl-sci
The role of high-order anharmonicity and off-diagonal terms in thermal conductivity: a case study of multi-phase CsPbBr3
本研究基于第一性原理模拟，探讨了三/四声子散射、非谐声子重整化及相干声子非对角项对多相CsPbBr3热导率的影响，揭示了声学-光学声子相互作用及相干声子类波隧穿导致其极低类玻璃热导率的机制。
2023-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Direct observation of ultrafast thermal and non-thermal lattice deformation of polycrystalline Aluminum film
利用飞秒时间分辨电子衍射研究了纳米厚多晶铝薄膜的热和非热晶格形变动力学。我们采用了两种不同的泵浦波长：800 nm，钛宝石激光器的基本和1250 nm的国产光学参量放大器（OPA）产生的。我们的数据表明，虽然在这两种条件下产生的相干声子，衍射强度衰减的特征时间为0.9+/-0.3 ps和1.7+/-0.3 ps的800 nm和1250 nm激发下，分别。由于800 nm激光激发对应于铝的强带间跃迁，由于1.55 eV的平行能带结构，我们的实验数据表明，在800 nm激发下的非热晶格变形的存在下，发生在一个时间尺度上，这是短于1250 nm激发下的电子-声子耦合为主的热过程。
2017-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Is Thermal Conductivity of Graphene Divergent and Higher Than Diamond?
该研究结合第一性原理四声子散射、声子重整化与BTE精确求解，证明石墨烯室温热导率收敛于1300 W/(m·K)且低于金刚石，而仅计三声子散射会导致发散。
2023-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
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
Calculation of nanowire thermal conductivity using complete phonon dispersion relations
计算了晶态硅纳米线的晶格热导率。计算使用完全的声子色散，并且不需要任何外部施加的频率截止。不需要调整纳米线热导率测量。对于宽于35 nm的纳米线，得到了与实验结果良好的一致性。给出了一个关于传输函数的公式。此外，使用一个更简单的，nondispersive“卡拉威公式”，从完全分散体的角度进行了讨论。
2003-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Abnormally low thermal conductivity of 2D selenene: An ab initio study
采用第一性原理计算研究了二维$α$ -硒烯的晶格热导率和热输运性质。在室温下，各向同性的面内热导率低至3.04 W m $^{-1}$ K $^{-1}$，甚至低于具有类似构型和较低德拜温度的$α$ -碲烯。我们发现这种反常现象合理地源于声学声子支较大的非谐性。此外，声子谱，弹性性能，以及相关的热性能也显示。声学声子主要贡献于总热导率。进一步研究了尺寸效应、边界效应、三声子过程的总相空间、声子群速度和弛豫时间，揭示了声子群速度是影响二维硒烯热输运的关键因素。
2020-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Significant reduction of lattice thermal conductivity by electron-phonon interaction in silicon with high carrier concentrations: a first-principles study
电子-声子相互作用对金属和半导体中的电子输运产生了很大的阻碍作用，但对电子-声子相互作用对声子输运的影响，特别是对半导体中声子输运的影响研究较少。我们计算的声子寿命由于散射与电子（或空穴），将它们与本征寿命由于非谐声子-声子相互作用，所有从第一性原理，并评估电子-声子相互作用对硅的晶格热导率的影响。出乎意料的是，我们发现当载流子浓度超过1 e19 cm-3时，室温下的晶格热导率显著降低（在p型硅中，在1 e21 cm-3左右降低高达45%），这是与热电材料具有很大技术相关性的范围。
2014-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Combined treatment of phonon scattering by electrons and point defects explains the thermal conductivity reduction in highly-doped Si
在高P和B掺杂的硅晶格热导率的降低机制进行了详细的研究。声子的散射率的点缺陷，以及由电子，从第一性原理计算。晶格热导率计算考虑这些散射机制单独和一起。结果发现，在低载流子浓度和温度下，声子散射的电子是占主导地位的，可以重现实验的热导率降低。然而，在较高的掺杂浓度的点缺陷的声子的散射率占主导地位的电子，除了最低的声子频率。因此，即使在室温下，点缺陷引起的声子散射在高于$10^{19}$ cm $^{-3}$的缺陷浓度下也对Si中的热导率降低有实质性贡献。只有同时考虑点缺陷和电子对声子的散射，才能在所有温度下与实验值吻合得很好。
2019-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Phonon Dispersion Effects and the Thermal Conductivity Reduction in GaAs/AlAs Superlattices
利用精确的晶格动力学模型，对实验观察到的（GaAs）_n/（AlAs）_n（或n × n）超晶格（2x2）、（3x 3）和（6x6）结构的热导率沿生长轴的数量级减小进行了理论研究.由于超晶格的几何形状的声子色散关系的修改导致平坦的声子分支，因此较低的声子速度。这种效应被证明占的导热系数的三分之一的减少相对于体GaAs沿生长方向;其余的是可归因于声子寿命的减少。色散相关还原对温度（100 < T <300 K）和n相对不敏感。声子寿命的减少是最大的（2 × 2）结构和更大的界面散射一致。热导率的降低被证明是明显更敏感的GaAs/AlAs力常数的差异比那些与分子质量。
2000-05-01 cond-mat.mtrl-sci
Phonon anharmonicity and thermal conductivity of two-dimensional van der Waals materials: A review
二维（2D）范德华（vdW）材料由于量子限制效应而具有非凡的热性质，使得它们在微电子器件中的热电能量转换和热管理方面具有前景。本文对三声子和四声子相互作用引起声子非谐性的机制进行了讨论。详细地总结和推导了二维vdW材料的声子非谐性，包括格林奈森参数、声子寿命和热导率。从实验和理论上讨论了典型二维vdW材料的热导率随尺寸的变化。这篇综述将介绍如何评估二维vdW材料中声子非谐性的基础知识和先进知识，这将有助于设计与能量转移和转换相关的新结构和材料。
2022-10-17 cond-mat.mtrl-sci
