Engineering Heat Transport Across Epitaxial Lattice-Mismatched van der Waals Heterointerfaces.
Engineering Heat Transport Across Epitaxial Lattice-Mismatched van der Waals Heterointerfaces.
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DOI：
10.1021/acs.nanolett.3c01280
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发表时间：
2023-08-09
期刊：
影响因子：
10.8
通讯作者：
El Sachat, Alexandros
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Chavez-Angel, Emigdio;Tsipas, Polychronis;Xiao, Peng;Ahmadi, Mohammad Taghi;Daaoub, Abdalghani H. S.;Sadeghi, Hatef;Torres, Clivia M. Sotomayor M.;Dimoulas, Athanasios;El Sachat, Alexandros
经过特殊设计的2D材料为热管理提供了独特的物理特性，超越了天然材料。在这里，使用货车德瓦尔斯外延，我们证明了工程的能力，非常绝缘的热超材料的基础上原子薄的晶格失配的Bi 2Se 3/MoSe 2超晶格和石墨烯/PdSe 2异质结构具有特殊的热阻（70-202 m2 K/GW）和超低的跨平面热导率（0.012-0.07 W/mK）在室温下，可比的非晶材料。使用频域热反射和低频拉曼光谱得到的实验数据，支持紧束缚声子计算，揭示晶格失配，声子界面散射，尺寸效应，温度和界面热阻的影响跨平面散热，揭示不同的热传输制度和长波长声子的主导作用。我们的研究结果提供了必要的见解新兴的合成和热表征方法和有价值的指导大面积异质外延货车德瓦耳斯薄膜的不同材料的定制的热传输特性的发展。
Artificially engineered 2D materials offer unique physical properties for thermal management, surpassing naturally occurring materials. Here, using van der Waals epitaxy, we demonstrate the ability to engineer extremely insulating thermal metamaterials based on atomically thin lattice-mismatched Bi2Se3/MoSe2 superlattices and graphene/PdSe2 heterostructures with exceptional thermal resistances (70–202 m2 K/GW) and ultralow cross-plane thermal conductivities (0.012–0.07 W/mK) at room temperature, comparable to those of amorphous materials. Experimental data obtained using frequency-domain thermoreflectance and low-frequency Raman spectroscopy, supported by tight-binding phonon calculations, reveal the impact of lattice mismatch, phonon-interface scattering, size effects, temperature, and interface thermal resistance on cross-plane heat dissipation, uncovering different thermal transport regimes and the dominant role of long-wavelength phonons. Our findings provide essential insights into emerging synthesis and thermal characterization methods and valuable guidance for the development of large-area heteroepitaxial van der Waals films of dissimilar materials with tailored thermal transport characteristics.
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