Energy Dissipation for Nanometer Sized Acoustic Oscillators
Energy Dissipation for Nanometer Sized Acoustic Oscillators
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纳米级声振荡器的能量耗散
DOI：
10.1021/acs.jpcc.1c10073
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发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Hartland, Gregory V.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Yu, Kuai;Jiang, Yiqi;Wright, Cameron;Hartland, Gregory V.
纳米结构的超快激光激发导致快速加热，这可以激发映射到膨胀坐标上的振动模式。这些模式通过将声波辐射到环境中而损失能量。最近的实验重点关注液体粘度和相关的粘弹性如何影响能量耗散过程。在这个角度来看，我们给出了一个概述的连续介质力学理论用于描述在固体和液体环境中的振动模式的阻尼，并描述最近的实验测量阻尼。该理论侧重于球体，无限圆柱体和无限板的呼吸模式，因为这些与实验最相关，并且可以用解析法描述。我们研究不同形状之间的差异以及弛豫时间如何取决于纳米结构的尺寸。特别地，在振动模式的频率变得与环境中的弛豫时间相当的尺寸下发生复杂的行为。在这种情况下，呼吸模式的质量因子可用于估计环境弛豫时间，提供有关纳米尺度材料特性的独特信息。
Ultrafast laser excitation of nanostructures causes rapid heating that can excite vibrational modes that map onto the expansion coordinates. These modes lose energy by radiating sound waves into the environment. Recent experiments have focused on how liquid viscosity and associated viscoelasticity affect the energy dissipation process. In this Perspective we give an overview of the continuum mechanics theory used to describe the damping of the vibrational modes in solid and liquid environments and describe recent experimental measurements of damping. The theory focuses on the breathing modes of spheres, infinite cylinders, and infinite plates, as these are the most relevant to experiments and can be described analytically. We examine the differences between different shapes and how the relaxation times depends on the dimensions of the nanostructures. In particular, a complicated behavior occurs at sizes where the frequency of the vibrational modes becomes comparable to the relaxation time in the environment. In this regime the quality factors for the breathing modes can be used to estimate environmental relaxation times, providing unique information about the properties of materials at nanoscale dimensions.
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