بررسی هدایت گرمایی در نانوسیم های سیلیکونی با استفاده از روش شبیه سازی دینامیک ‏مولکولی

‏ نانوسیم های سیلیکونی قابلیت های فراوانی در تولید ساختارهای نانوالکترومکانیکی، سامانه های تبدیل ‏انرژی، نانو حسگر ها و سلول های خورشیدی از خود نشان داده اند. در ابزارهای ترموالکتریکی، به منظور ‏بهبود بازده تبدیل انرژی، کاهش دادن رسانایی حرارتی بدون کاستن از رسانایی الکتریکی مد نظر قرار می ‏گیرد و نانوسیم های سیلیکونی گزینه مناسبی برای دستیابی به این هدف هستند. در این تحقیق، از دینامیک ‏مولکولی غیر تعادلی معکوس برای محاسبه رسانایی حرارتی نانوسیم های سیلیکونی استفاده نموده ایم. ‏پتانسیل چند جسمی استیلینگر –وبر که برای مدلسازی کلاسیکی نیمه رساناها مناسب است، برای نانوسیم ‏های سیلیکونی ایده آل مورد استفاده قرار گرفته است. در تمام شبیه سازی ها، شرایط مرزی ‏ssp‏ به ترتیب ‏متناظر با جهات [100]، [010] و [001] در شبکه الماسی انتخاب شده اند. در ابتدا پس از رسیدن به حالت ‏پایای غیرتعادلی، اثر طول، دما و سطح مقطع بر رسانایی حرارتی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که ‏رسانایی حرارتی با افزایش طول نانوسیم افزایش و با افزایش دما از 300 کلوین تا 500 کلوین کاهش می یابد. ‏افزایش سطح مقطع نیز رسانایی نانوسیم های سیلیکونی را افزایش داد. سپس با در نظر گرفتن هر دو ‏پتانسیل بین اتمی استیلینگر – وبر و ترسوف، رسانایی حرارتی نانوسیم های سیلیکونی غیر ایده آل مورد ‏بررسی قرار گرفت. برای نانوسیم های سیلیکونی در برگیرنده ی تهی جاهای نقطه ایی تصادفی، نتایج نشان ‏داد که با استفاده از پتانسیل استیلینگر-وبر، با افزایش درصد تهی جاها رسانایی حرارتی به طور خطی شروع ‏به کاهش می نماید. این کاهش به هنگام استفاده از پتانسیل ترسوف غیر خطی بود. پس از آن، محاسبه ‏رسانایی حرارتی نانوسیم های سیلیکونی دارای ناخالصی نشان داد که رسانایی حرارتی به جرم و نوع ناخالصی ‏بستگی ندارد‏. رسانایی حرارتی نانوسیم های سیلیکونی تحت تاثیر کرنش نیز محاسبه شد. نتایج نشان دادند ‏که رسانایی حرارتی با افزایش کرنش فشاری افزایش و تحت تاثیر کرنش کششی کاهش می یابد.‏