A reduction of thermal conductivity of non-periodic Si/Ge superlattice nanowire: Molecular dynamics simulation
A reduction of thermal conductivity of non-periodic Si/Ge superlattice nanowire: Molecular dynamics simulation
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非周期Si/Ge超晶格纳米线热导率的降低：分子动力学模拟
DOI：
10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.12.041
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发表时间：
2019-04
影响因子：
5.2
通讯作者：
Bi Ke Dong
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zhang Chun Wei;Zhou Hai;Zeng Yong;Zheng Lei;Zhan Yue Lin;Bi Ke Dong
采用非平衡态分子动力学模拟（NEMD）研究了非周期Si/Ge超晶格纳米线（SLNW）的热导率。结果表明，非周期Si/Ge SLNW在室温下可以显著降低TC。与周期Si/Ge SLNW和纯Si纳米线的最小TC相比，非周期Si/Ge SLNW的TC进一步降低，分别为周期Si/Ge SLNW和纯Si纳米线的47.4%和4.4%。通过引入20%的Ge原子掺杂，具有10个单元电池（UC）厚度的非周期Si/Ge SLNW的TC降低了38%。非周期Si/Ge SLNW的TC降低首先是由于声子相干输运的破坏。另外，周期长度的变化会引起态密度的漂移，使不同长度的Si/Ge界面对不同波长的声子产生散射作用。因此，从原子尺度到纳米尺度的厚度分布可以通过散射更多波长的声子来降低TC。研究结果为今后的热电应用提供了一种有效的途径。
The thermal conductivity (TC) of non-periodic Si/Ge superlattice nanowire (SLNW) is investigated by non-equilibrium molecular dynamics simulation (NEMD). It is found that the TC of non-periodic Si/Ge SLNW can be significantly reduced at room temperature. Compared to the minimum TC of periodic Si/Ge SLNWand pure Si nanowire, the TC of non-periodic Si/Ge SLNW is further decreased to be around 47.4%, 4.4% of that of periodic Si/Ge SLNW and pure Si nanowire respectively. By introducing 20% Ge atom doping, the TC of non-periodic Si/Ge SLNW with 10-unit cell (UC) thickness is reduced by 38%. The reduction of TC of non-period Si/Ge SLNW is first due to the destruction of phonon coherent transport. Additionally, the change of periodic length can cause shift of density of state (DOS), which makes the interface of Si/Ge with different lengths play roles to scatter the phonon with different wavelengths. Therefore, the distribution of thickness from atomic to nano scale can decrease the TC by scattering phonon with more wavelengths. The results provide an efficient way for future thermoelectric applications.
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