Heat and Charge Transport and Coupling in Quantum-Confined Nanowires

量子限制纳米线中的热和电荷传输及耦合

基本信息

  • 批准号:
    1336428
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 30万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-09-01 至 2016-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

CBET- 1336428PI: ChenIn dielectric materials, such as semiconductors, heat is conducted by phonons (lattice vibrations). When the characteristic length scale of a solid is comparable to phonon wavelength, which for most semiconductors is in the range of 1 to 10 nm, a new regime referred to as the ?phonon confinement? regime arises. This regime has yet to be accessed experimentally but will provide tremendous insight into the fundamentals of energy transport and conversion. The goal of this project will be to probe the phonon confinement regime for the first time with the following objectives: 1) Develop a high-resolution resistive thermometry scheme capable of resolving sub-picowatt/Kelvin (pW/K) thermal conductance, in order to probe nanowires with diameter down to 5 nm, which will possess thermal conductance on the order of 10 pW/K; 2) Study thermal transport in single-component and core-shell nanowires in the phonon confinement regime, in order to elucidate the effects of confinement and boundary scattering on thermal transport, as well as explore the prospect of phononic engineering through heterostructures; 3) Investigate carrier and thermoelectric transport in the quantum confinement regime to understand low dimensional charge transport and electron-phonon coupling. Thermal energy transport and conversion phenomena are ubiquitous in a variety of technologies, such as heat generation and dissipation in computing and communication devices and thermoelectric waste heat scavenging. As the trend of miniaturization continues, the size of various functional structures is approaching the scale of phonon wavelength. This project will enhance our understanding of fundamental thermal energy transport and conversion processes in the quantum confinement regime. Subsequently, this understanding will enable us to engineer thermal and thermoelectric properties beyond the classical size effect regime, which could impact important thermal technologies such as thermal insulation, thermoelectrics, and thermal management. The research undertaken in this project will also train students in the interdisciplinary fields of nano-science and heat transfer. Furthermore, opportunities to engage and educate local disadvantaged high school and undergraduate students will be supported through this project in conjunction with outreach programs at the UCSD campus.
CBET-1336428PI:Chenin电介质材料,例如半导体,热量是通过声子(晶格振动)进行的。当固体的特征长度比例与声子波长相当时,对于大多数半导体,哪个固体尺度在1至10 nm的范围内,则称为“声子限制”?政权出现。该政权尚未实验访问,但将为能源运输和转换的基本面提供深刻的了解。该项目的目的是首次使用以下目标探究声子限制制度:1)开发一个能够解析子picowatt/kelvin/kelvin/kelvin/kelvin(pw/k)的热电导的高分辨率电阻,以探测直径至5 nm的纳米线,该纳米线将具有至5 nm的速度,该均具有下降至5 nm的速度,该级别的速度为5 nm级,/k in/k 10 pw; k 10 pw; k 10 pw; k 10 pw; k; k; k; k; k; k in 10 pw; k; k; k; k; k; k还是标; 2)在声子限制方案中研究单组分和核壳纳米线的热传输,以阐明限制和边界散射对热传输的影响,并探索通过异质结构进行语音工程的前景; 3)研究量子限制方案中的载体和热电运输,以了解低维电荷传输和电子波耦合。热能传输和转化现象在各种技术中无处不在,例如计算和通信设备中的热量产生和耗散以及热电废物热清除。 随着微型化趋势的继续,各种功能结构的大小正在接近声子波长的规模。该项目将增强我们对量子限制制度中基本热能传输和转换过程的理解。随后,这种理解将使我们能够在经典尺寸效应方面进行热电和热电特性,这可能会影响重要的热技术,例如热绝缘,热电和热管理。该项目的研究还将在纳米科学和传热的跨学科领域培训学生。此外,将通过该项目与UCSD校园的宣传计划一起来支持和教育当地弱势的高中和本科生。

项目成果

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会议论文数量(0)
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