フォノン表面散乱シリコンナノワイヤの熱伝導率の制御長さ依存性

我々は、フォノン・バウンダリー散乱のメカニズムに焦点を当てることにより、シリコンナノワイヤ（SINWS）の異常な熱伝導率を調査する速度論的モデルを提示します。私たちの理論モデルでは、シンの表面からのアンハーモニックフォノンフォノン散乱と角度依存性フォノン散乱を考慮しています。直径が27.2 nmのsinwsの場合、横方向の境界での鏡面反射の場合、長さが最大10μmの場合でも、長さが増加するにつれて熱伝導率が増加することがわかります。パス（MFP）。したがって、フォノンフォノン散乱だけでは、ナノワイヤで通常の拡散を得るのに十分ではありません。ただし、横方向の境界で純粋に拡散した反射の場合、フォノンは正常に拡散し、ナノワイヤの長さが100 nmを超えると熱伝導率が定数に収束します。私たちのモデルは、熱伝導率の実験的に長さの依存性を観察するために、滑らかで汚染されていない表面を伴うナノワイヤ、および低温での測定が好ましいことを示しています。

We present a kinetic model to investigate the anomalous thermal conductivity in silicon nanowires (SiNWs) by focusing on the mechanism of phonon-boundary scattering. Our theoretical model takes into account the anharmonic phonon-phonon scattering and the angle-dependent phonon scattering from the SiNWs surface. For SiNWs with diameter of 27.2 nm, it is found that in the case of specular reflection at lateral boundaries, the thermal conductivity increases as the length increases, even when the length is up to 10 μm, which is considerably longer than the phonon mean free path (MFP). Thus the phonon-phonon scattering alone is not sufficient for obtaining a normal diffusion in nanowires. However, in the case of purely diffuse reflection at lateral boundaries, the phonons diffuse normally and the thermal conductivity converges to a constant when the length of the nanowire is greater than 100 nm. Our model demonstrates that for observing the length dependence of thermal conductivity experimentally, nanowires with smooth and non-contaminated surfaces, and measuring at low temperature, are preferred.