低維量子體系熱輸運(yùn)性質(zhì)研究.pdf

1、近年來,隨著微/納制造技術(shù)的飛速發(fā)展,電子器件的尺寸已經(jīng)進(jìn)入納米尺度。納米尺度量子器件由于其優(yōu)良的性能以及重要的應(yīng)用前景已經(jīng)受到了人們的廣泛的關(guān)注。量子體系中物理性質(zhì)的研究已經(jīng)成為凝聚態(tài)物理一個(gè)非常重要的研究方向,在當(dāng)今世界的高新科技領(lǐng)域起著關(guān)鍵性的作用。本文對低維量子體系中聲學(xué)聲子輸運(yùn)和熱導(dǎo)性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,取得了一些有意義的研究結(jié)果。
　　 研究了彈性和硬壁兩種邊界條件下三維T型量子結(jié)構(gòu)中彈性聲子輸運(yùn)和熱導(dǎo)性質(zhì),詳細(xì)地比

2、較了兩維和三維納米模型的熱輸運(yùn)性質(zhì)。結(jié)果表明,對于彈性邊界條件,當(dāng)溫度趨近于0k時(shí),能夠觀察到量子化熱導(dǎo)現(xiàn)象,量子化熱導(dǎo)與結(jié)構(gòu)的幾何細(xì)節(jié)無關(guān),三維情形與二維情形具有相似的熱導(dǎo)性質(zhì)。然而,對于硬壁邊界條件,三維情形與二維情形中的熱導(dǎo)性質(zhì)是不同的。
　　 利用散射距陣方法,進(jìn)一步研究了低溫下兩個(gè)耦合的量子點(diǎn)調(diào)制的量子線中的彈性聲子熱輸運(yùn)性質(zhì)。研究結(jié)果表明,在極低的溫度下,僅僅最低模被激發(fā),熱導(dǎo)隨著結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化而單調(diào)變化。隨著溫度的

3、升高,更多的模被激發(fā),導(dǎo)致熱導(dǎo)隨著結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化而非線性變化。聲子的輸運(yùn)幾率與熱導(dǎo)依賴于量子點(diǎn)相對量子線對稱軸的相對位置。當(dāng)量子線對稱軸偏離量子點(diǎn)中心時(shí),熱導(dǎo)單調(diào)增加。研究表明,調(diào)節(jié)兩量子點(diǎn)之間的距離能有效調(diào)節(jié)熱導(dǎo)。此外,我們也觀察到非均勻量子化輸運(yùn)臺階。
　　 前面的研究主要是針對單支振動模熱輸運(yùn)性質(zhì)的研究。實(shí)際上,對低溫量子熱導(dǎo)的貢獻(xiàn)來自于最低的四支聲學(xué)模。本文研究了具有catenoidal結(jié)構(gòu)的量子線中最低的六支彈性聲子模

4、(壓縮模,扭轉(zhuǎn)模,兩支彎曲模,兩支光學(xué)模)的熱導(dǎo)性質(zhì)。研究結(jié)果表明最低的四支聲學(xué)模的截止頻率為0,而兩支光學(xué)模的截止頻率大于0。在理想的量子線中存在量子化的熱導(dǎo)平臺,當(dāng)結(jié)構(gòu)為具有catenoidal結(jié)構(gòu)的量子線時(shí),量子熱導(dǎo)平臺消失,被下降的熱導(dǎo)曲線所取代。結(jié)果表明,來自不同振動模的熱導(dǎo)具有不同的特征。
　　 研究了低溫下被量子點(diǎn)調(diào)制的量子線中六支振動模的輸運(yùn)幾率和熱導(dǎo)的特點(diǎn)。同時(shí),比較了六支振動模熱導(dǎo)的性質(zhì)。結(jié)果表明六支模的輸運(yùn)

5、幾率表現(xiàn)為周期或準(zhǔn)周期的行為。不同振動模的熱導(dǎo)具有不同的輸運(yùn)性質(zhì)。通過改變量子點(diǎn)的結(jié)構(gòu)參數(shù)能夠有效調(diào)節(jié)熱導(dǎo)的大小。
　　 此外,我們研究了三維超晶格中非諧相互作用的三聲子散射、邊界散射、界面散射、雜質(zhì)散射、電聲相互作用這五種散射機(jī)制對熱導(dǎo)率的影響。研究結(jié)果表明在這五種散射機(jī)制中,邊界散射和界面散射對減少熱導(dǎo)率起著主要作用。改變橫截面尺寸和超晶格橫向周期的長度能夠有效調(diào)節(jié)熱導(dǎo)率。同時(shí),研究表明超晶格橫截面能有效約束聲子的群速,從而