Phonon Conduction in Silicon Nanobeam Labyrinths.
Phonon Conduction in Silicon Nanobeam Labyrinths.
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DOI：
10.1038/s41598-017-06479-3
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发表时间：
2017-07-24
影响因子：
4.6
通讯作者：
Goodson KE
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Park W;Romano G;Ahn EC;Kodama T;Park J;Barako MT;Sohn J;Kim SJ;Cho J;Marconnet AM;Asheghi M;Kolpak AM;Goodson KE
在这里，我们研究单晶硅纳米梁具有470 nm的宽度和80 nm的厚度的横截面，在那里我们产生曲折的热路径（即狭缝）通过引入狭缝来控制热源和散热器之间的无障碍的“视线”（LOS）的影响。长度的范围从具有沿整个长度沿着的完整LOS的直纳米梁到其中LOS的范围从部分到完全被引入狭缝阻挡的纳米梁，s = 95、195、245、295和395 nm。测量的样品热导率从直光束的~47 W m−1 K−1单调下降到狭缝宽度为395 nm时的~31 W m−1 K−1。通过结合玻尔兹曼输运方程和从头计算的模型预测显示出良好的协议与实验数据~ 8%。与等效横截面的直光束相比，最曲折路径（s = 395 nm）的模型预测值降低了约14%。这项研究表明，LOS是表征和解释纳米结构中声子传播的重要度量。
Here we study single-crystalline silicon nanobeams having 470 nm width and 80 nm thickness cross section, where we produce tortuous thermal paths (i.e. labyrinths) by introducing slits to control the impact of the unobstructed “line-of-sight” (LOS) between the heat source and heat sink. The labyrinths range from straight nanobeams with a complete LOS along the entire length to nanobeams in which the LOS ranges from partially to entirely blocked by introducing slits, s = 95, 195, 245, 295 and 395 nm. The measured thermal conductivity of the samples decreases monotonically from ~47 W m−1 K−1 for straight beam to ~31 W m−1 K−1 for slit width of 395 nm. A model prediction through a combination of the Boltzmann transport equation and ab initio calculations shows an excellent agreement with the experimental data to within ~8%. The model prediction for the most tortuous path (s = 395 nm) is reduced by ~14% compared to a straight beam of equivalent cross section. This study suggests that LOS is an important metric for characterizing and interpreting phonon propagation in nanostructures.
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