低維量子結(jié)構(gòu)中的聲學(xué)聲子輸運(yùn)與熱導(dǎo)性質(zhì)研究.pdf

1、二十世紀(jì)五十年代后期，朗道的工作開(kāi)創(chuàng)了量子輸運(yùn)本質(zhì)的研究。在過(guò)去二十多年的時(shí)間里，一維納米結(jié)構(gòu)中的電子輸運(yùn)的物理性質(zhì)受到了極大的關(guān)注。近年來(lái)，微結(jié)構(gòu)的尺寸可與結(jié)構(gòu)的聲子波長(zhǎng)相比擬的介觀系統(tǒng)的低溫?zé)彷斶\(yùn)已經(jīng)引起了實(shí)驗(yàn)和理論研究的廣泛興趣。在本文中， 主要研究量子線中的聲學(xué)聲子輸運(yùn)和熱導(dǎo)。 利用散射矩陣方法， 研究了帶結(jié)構(gòu)缺陷的量子線中的邊界條件對(duì)熱導(dǎo)的影響。當(dāng)應(yīng)力自由邊界條件、硬壁邊界條件、混合邊界條件應(yīng)用到聲子輸運(yùn)通道時(shí)，熱導(dǎo)是

2、不相同的。對(duì)這三種情況下的熱導(dǎo)進(jìn)行了比較。發(fā)現(xiàn)只有當(dāng)應(yīng)力自由邊界條件應(yīng)用到通道，并且缺陷為空時(shí)，低溫下的量子化熱導(dǎo)才存在。當(dāng)通道應(yīng)用硬壁邊界條件或者是通道應(yīng)用應(yīng)力自由邊界條件而缺陷為硬材料時(shí)，低溫下的熱導(dǎo)不是量子化的，再有，熱導(dǎo)對(duì)缺陷寬度和缺陷在量子線中的位置的變化很敏感。 考慮到多通道納米結(jié)構(gòu)在磁場(chǎng)或電場(chǎng)中的傳導(dǎo)呈現(xiàn)比較大的振蕩的情況，研究了相似的結(jié)構(gòu)中的聲學(xué)聲子透射和熱導(dǎo)，以期得到相似的現(xiàn)象。通過(guò)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)通道之間的模耦合效

3、應(yīng)強(qiáng)烈地影響著聲子輸運(yùn)，并且這種影響對(duì)于不同的邊界條件是不相同的。通道中的各處滿足相同的邊界條件，即應(yīng)力自由邊界條件或硬壁邊界條件時(shí)，透射譜呈現(xiàn)出類臺(tái)階行為，并且在應(yīng)力自由邊界條件下，透射譜的振蕩比較大。突然的跳躍一般發(fā)生在整數(shù)約化頻率處，一般整數(shù)約化頻率處有新模的激發(fā)。當(dāng)通道各處的邊界條件不一致時(shí)，透射譜沒(méi)有出現(xiàn)類臺(tái)階行為，代之以不規(guī)則的振蕩。 接下來(lái)，研究了耦合缺陷對(duì)熱導(dǎo)的影響，同樣用到散射矩陣方法。在計(jì)算中，考慮了三種類型

4、的耦合缺陷，即兩缺陷同為硬材料、兩缺陷同為空和兩缺陷中一缺陷為硬材料一缺陷為空的情況。詳細(xì)地討論了熱導(dǎo)隨兩缺陷的距離及溫度的變化情況。結(jié)果表明，在不同的溫度下，熱導(dǎo)隨兩缺陷之間的距離變化明顯不同。低溫下，總熱導(dǎo)幾乎不受兩缺陷距離的影響，隨著溫度的升高，總熱導(dǎo)隨兩缺陷之間的距離增大在明顯減小。到兩缺陷的之間的距離增大到一定程度時(shí)，熱導(dǎo)幾乎不隨距離改變。從計(jì)算的結(jié)果還能得出三種情況下熱導(dǎo)都隨量子線的寬度增加而增大。與納米線中單缺陷對(duì)熱導(dǎo)的影

5、響相似，改變耦合缺陷的大小以及在納米線中的位置，都對(duì)熱導(dǎo)產(chǎn)生明顯的影響。 為了更進(jìn)一步研究不同納米結(jié)構(gòu)中的熱輸運(yùn)問(wèn)題，研究了三維納米線中的聲學(xué)聲子透射和熱導(dǎo)。主要考慮了橫截面的形狀對(duì)熱導(dǎo)的影響。同時(shí)，對(duì)三維和二維納米線中的熱導(dǎo)進(jìn)行了比較。發(fā)現(xiàn)三維量子線中兩相鄰區(qū)域的橫截面越不一致，熱導(dǎo)越小。固定Ⅰ區(qū)的橫截面而改變Ⅱ區(qū)的橫截面時(shí)，隨著Ⅱ區(qū)橫截面的增大，熱導(dǎo)是減小的；固定Ⅱ區(qū)的橫截面而改變Ⅰ區(qū)的橫截面時(shí)，隨著Ⅰ區(qū)橫截面的增大，熱導(dǎo)是