بررسی ترابرد فونونی و خواص گرمایی یک نانو ساختار

این تحقیق با هدف بررسی خواص فونونی و گرمایی نانو ساختارها از جمله طیف بسامد فونونی، چگالی حالت های فونونی، ضریب عبور فونونی و رسانندگی گرمایی انجام شده است. روشی که به کار برده می شود، روش ماتریس انتقال است. محاسبات در تقریب هماهنگ و با در نظر گرفتن اثر همسایه ی نزدیک انجام شده است. مطلب ابتدا با نانو ساختارهای یک بعدی آغاز شده، خواص فونونی و گرمایی زنجیره های اتمی در شرایط مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. سپس با تعمیم مسئله به نانو ساختارهای سه بعدی، خواص گرمایی نانو بلورها بررسی شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهند که عوامل محیطی مانند نیروی اتلاف محیط و عوامل ساختاری مانند جرم و ثابت نیروهای بین اتمی در یک نانو ساختار، بر خواص فونونی آن موثرند. برای نمونه در بررسی ساختارهای یک بعدی می توان به این مورد اشاره کرد که افزایش جرم اتم های یک زنجیره، باعث کاهش ضریب عبور فونونی و در نتیجه رسانندگی گرمایی می شود. همچنین افزایش ثابت نیروهایی که یک زنجیره را به دو زنجیره ی هادی متصل می کنند نیز، باعث کاهش ترابرد فونونی و رسانندگی گرمایی خواهند شد. با اعمال یک نیروی اتلاف بسیار کوچک، کاهش ضریب عبور و رسانندگی گرمایی به وضوح قابل مشاهده است. بررسی خواص فونونی نانو بلورها نیز نتایج مشابهی به دست می دهد. از آن جمله می توان به این مورد اشاره کرد که افزایش بسامد نوعی اتم های سطح مقطع یک نانو بلور، باعث کاهش ضریب عبور فونونی و رسانندگی گرمایی شده است. در حالی که افزایش طول یک نانو بلور تأثیر چندانی بر رسانندگی گرمایی نداشته و تنها باعث ایجاد تشدیدهای بیشتری در نمودار ضریب عبور فونونی می شود. با افزایش ثابت نیروهای اتصال دهنده ی یک نانو بلور متناهی به نانو بلورهای متصل، رسانندگی گرمایی کاهش می یابد. همچنین برای چنین دستگاهی مشاهده می شود، افزایش جرم نانو بلور مرکزی باعث کاهش ضریب عبور و رسانندگی گرمایی شده و در حالت حدی مانند یک سد بزرگ از عبور موج فونونی جلوگیری می کند.