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低温下多通道量子结构中的弹性声子输运和热导

叶伏秋 李科敏 彭小芳

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低温下多通道量子结构中的弹性声子输运和热导

叶伏秋, 李科敏, 彭小芳

Ballistic phonon transport and thermal conductance in multi-channel quantum structure at low temperatures

Ye Fu-Qiu, Li Ke-Min, Peng Xiao-Fang
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  • 利用弹性近似模型和散射矩阵方法,研究了低温下多通道量子结构中的弹性声学声子输运的性质. 计算结果表明,对于低频声学声子,只要通道的横向宽度相同,各通道中最低阶模的透射概率几乎不受其他结构参数的影响,且其数值都接近于0.25;而高频声学声子在各通道中的透射概率与结构参数密切相关,不同通道中的透射概率不同;当温度非常低时,各通道的热导都接近于量子化热导π2k2BT/(3h)的四分之一;随着温度的升高,各通道的热导增减
    By using the elastic approximation model and scattering matrix method, we investigated the acoustic phonons transport and thermal conductance in a H-branch four-channel nanostructure. The calculated results show that, for the incident acoustic phonons of low frequency, as long as the transverse width of each channel is equal, the transmission coefficient of mode 0 in each channel almost equals 0.25 and receives no influence from the changes of the other structure parameters. But for the incident acoustic phonons of high frequency, the transmission coefficient of mode 0 in each channel is very sensitive to the structure parameters and there is bigger difference corresponding to the transmission coefficients of different channels. When the temperature is very low, the thermal conductance in each channel is about 1 4 π2k2BT/(3h). With the increase of temperature, the thermal conductance of each channel changes to different degrees. By changing the length of scattering region or the transverse width of each channel, we can control the separating degree of modes and the thermal conductance of each channel efficiently and realize acoustic phonon selective transport and thermal conduction.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:10674044)和湖南省自然科学基金(批准号:11J50430162)资助的课题.
    [1]

    Wees B J, Houten H, Beenakker C W J, Williamson J G, Kouwenhoven L P, Marel D, Foxon C T 1988 Phys. Rev. Lett. 60 848

    [2]

    Wang X H, Gu B Y, Yang G Z 1998 Phys. Rev. B 58 4629

    [3]

    Chen K Q, Gu B Y, Lin Y K, Chuu D S 1999 Int. J. Mod. Phys. B 13 903

    [4]

    Chen K Q, Wang X H, Gu B Y 2000 Phys. Rev. B 61 12075

    [5]

    Xu H Q 2002 Phys. Rev. B 66 165305

    [6]

    Xia J B, Li S S 2003 Phys. Rev. B 68 75310

    [7]

    Zhu J L, Dai Z S, Hu X 2003 Phys. Rev. B 68 45324

    [8]

    Huang W Q, Chen K Q, Shuai Z G, Wang L L, Hu W Y 2004 Acta Phys . Sin. 53 2330 (in Chinese) [黄维清、 陈克求、 帅志刚、 王玲玲、 胡望宇 2004 物理学报 53 2330 ]

    [9]

    Chen J W, Yang L F 2005 Acta Phys . Sin. 54 2183 (in Chinese) [陈将伟, 杨林峰 2005 物理学报 54 2183 ]

    [10]

    Wang X J, Wang L L, Huang W Q, Tang L M, Chen K Q 2006 Acta Phys . Sin. 55 3649 (in Chinese) [王新军、 王玲玲、 黄维清、 唐黎明、 陈克求2006 物理学报 55 3649 ]

    [11]

    Zheng Y Z, Qi C H, Ding X D, Lee W Z 2006 Acta Phys . Sin. 55 294 (in Chinese) [郑永真、 齐昌炜、 丁玄同、 郦文忠 2006 物理学报 55 294 ]

    [12]

    Xia C J, Fang C F, Hu G C, Li D M, Liu D S, Xie S J 2007 Acta Phys . Sin. 56 4884 (in Chinese) [夏蔡娟、 房常峰、 胡贵超、 李冬梅、 刘德胜、 解士杰 2007 物理学报 56 4884 ]

    [13]

    Tang L M, Wnag L L, Wang N, Yan M 2008 Acta Phys . Sin. 57 3203 (in Chinese) [唐黎明、 王玲玲、 王 宁、 严 敏 2008 物理学报 57 3203 ]

    [14]

    Niu X M, Qi Y H 2008 Acta Phys . Sin. 57 6926 (in Chinese) [牛秀明、 齐元华 2008 物理学报 57 6926 ]

    [15]

    Jin L, Zhu L, Li L, Xie Z W 2009 Acta Phys . Sin. 58 8577 (in Chinese) [金 莲、 朱 林、 李 玲、 谢征微 2009 物理学报 58 8577 ]

    [16]

    Wang L G, Zhang H Y, Wang C, Terence K S W 2010 Acta Phys . Sin. 59 536 (in Chinese) [王利光、 张鸿宇、 王 畅、 Terence K S W 2010 物理学报 59 536 ]

    [17]

    An Y P, Yang C L, Wang M S, Ma X G, Wang D H 2010 Acta Phys. Sin. 59 2010 (in Chinese) [安义鹏、 杨传路、 王美山、 马晓光、 王德华2010 物理学报 59 2010 ]

    [18]

    Rego L G C, Kirczenow G 1998 Phys. Rev. Lett. 81 232

    [19]

    Rego L G C, Kirczenow G 1999 Phys. Rev. B 59 13080

    [20]

    Schwab K, Henriksen E A, Norlock J M, Roukes M L 2000 Nature (London) 404 974

    [21]

    Chiatti O, Nicholls J T, Proskuryakov Y Y, Lumpkin N, Farrer I, Ritchie D A 2006 Phys. Rev. Lett. 97 056601

    [22]

    Meschke M, Guichard W, Pekola J P 2006 Nature(London) 444 187

    [23]

    Volz S G, Chen Gang 1999 Appl. Phys. Lett. 75 2056

    [24]

    Wu G, Dong J 2005 Phys. Rev. B 71 115410

    [25]

    Bao W X, Zhu C C 2006 Acta Phys . Sin. 55 3552 (in Chinese) [保文星、 朱长纯 2006 物理学报 55 3552 ]

    [26]

    Li S B, Wu Z M, Yuan K, Liao N M, Li W, Jiang Y D 2008 Acta Phys . Sin. 57 3126 (in Chinese) [李世彬、 吴志明、 袁 凯、 廖乃镘、 李 伟、 蒋亚东 2008 物理学报 57 3126 ]

    [27]

    Xu Y, Chen X, Gu B L, Duan W 2009 Appl. Phys. Lett. 95 233116

    [28]

    Wang J S, Li B 2004 Phys. Rev. Lett. 92 74302

    [29]

    Cross M C, Lifshitz R 2001 Phys. Rev. B 64 85324

    [30]

    Huang W Q, Chen K Q, Shuai Z, Wang L, Hu W 2005 Phys. Lett. A 336 245

    [31]

    Peng X F, Chen K Q, Zou B S, Zhang Y 2007 Appl. Phys. Lett. 90 193502

    [32]

    Tang L M, Wang Y, Wang D, Wang L L 2007 Acta Phys . Sin. 56 437 (in Chinese) [唐黎明、 王 艳、 王 丹、 王玲玲 2007 物理学报 56 437 ]

    [33]

    Xie F, Chen K Q, Wang Y G, Zhang Y 2008 J. Appl. Phys. 103 084501;104, 054312

    [34]

    Yao L J, Wang L L 2008 Acta Phys . Sin. 57 3100 (in Chinese) [姚凌江、 王玲玲 2008 物理学报 57 3100 ]

    [35]

    Li K M, Wang L L, Huang W Q, Zou B S, Wan Q 2009 J. Appl. Phys. 105 104515

    [36]

    PengX F, Chen K Q 2010 Physica E doi:10.1016/j.physe.2010.02.022

    [37]

    Santamore D H, Cross M C 2001 Phys. Rev. Lett. 87 115502

    [38]

    Santamore D H, Cross M C 2001 Phys. Rev. B 63 184306

    [39]

    Chen K Q, Li W X, Duan W H, Shuai Z, Gu B L 2005 Phys. Rev. B 72 045422

    [40]

    Li W X, Chen K Q, Duan W H, Wu J, Gu B L 2004 J. Phys.: Condens. Matter 16 5049

    [41]

    Huang W Q, Chen K Q, Shuai Z, Wang L L, Hu W Y, Zou B S 2005 J. Appl. Phys. 98 093524

    [42]

    Tang L M, Wang L L, Chen K Q, Huang W Q, Zou B S 2006 Appl. Phys. Lett. 88 163505

    [43]

    Yang P, Sun Q F, Guo H, Hu B B 2007 Phys. Rev. B 75 235319

    [44]

    Li K M, Wang L L, Huang W Q, Zou B S, Wan Q 2009 Phys. Lett. A 372 5816

    [45]

    Zhou L P, Wang M P, Zhu J J, Peng X F, Chen K Q 2009 J. Appl. Phys. 105 114318

    [46]

    Sun Q, Yang P, Guo H 2002 Phys. Rev. Lett. 89 175901

    [47]

    Xie F, Chen K Q, Wang Y G, Zhang Z H 2008 J. Appl. Phys. 104 054312

    [48]

    Wang J S, Wang J, Lu J T, 2008 Eur. Phys. J. B 62 381

    [49]

    Cross M C, Lifshitz R 2001 Phys. Rev. B 64 85324

    [50]

    Graff K F 1975 Wave Motion in Elastic Solids (Clarendon, Oxford)

    [51]

    Li W X, Chen K Q, Duan W H, Wu J, Gu B L 2003 J. Phys. D: Appl. Phys. 36 3027

    [52]

    Leng M, Lent C S 1993 Phys. Rev. Lett. 71 137 Leng M, Lent C S 1994 Phys. Rev. B 50 10823

    [53]

    Xu H Q 1995 Phys. Rev. B 52 5803 Xu H Q 2002 Appl. Phys. Lett. 80 853

    [54]

    Sheng W D 1997 J. Phys.: Condens Matter 9 8369

    [55]

    Madelung O 1982 Semiconductors: Group Ⅳ Elements and Ⅲ—Ⅴ Compounds (Springer, Berlin)

  • [1]

    Wees B J, Houten H, Beenakker C W J, Williamson J G, Kouwenhoven L P, Marel D, Foxon C T 1988 Phys. Rev. Lett. 60 848

    [2]

    Wang X H, Gu B Y, Yang G Z 1998 Phys. Rev. B 58 4629

    [3]

    Chen K Q, Gu B Y, Lin Y K, Chuu D S 1999 Int. J. Mod. Phys. B 13 903

    [4]

    Chen K Q, Wang X H, Gu B Y 2000 Phys. Rev. B 61 12075

    [5]

    Xu H Q 2002 Phys. Rev. B 66 165305

    [6]

    Xia J B, Li S S 2003 Phys. Rev. B 68 75310

    [7]

    Zhu J L, Dai Z S, Hu X 2003 Phys. Rev. B 68 45324

    [8]

    Huang W Q, Chen K Q, Shuai Z G, Wang L L, Hu W Y 2004 Acta Phys . Sin. 53 2330 (in Chinese) [黄维清、 陈克求、 帅志刚、 王玲玲、 胡望宇 2004 物理学报 53 2330 ]

    [9]

    Chen J W, Yang L F 2005 Acta Phys . Sin. 54 2183 (in Chinese) [陈将伟, 杨林峰 2005 物理学报 54 2183 ]

    [10]

    Wang X J, Wang L L, Huang W Q, Tang L M, Chen K Q 2006 Acta Phys . Sin. 55 3649 (in Chinese) [王新军、 王玲玲、 黄维清、 唐黎明、 陈克求2006 物理学报 55 3649 ]

    [11]

    Zheng Y Z, Qi C H, Ding X D, Lee W Z 2006 Acta Phys . Sin. 55 294 (in Chinese) [郑永真、 齐昌炜、 丁玄同、 郦文忠 2006 物理学报 55 294 ]

    [12]

    Xia C J, Fang C F, Hu G C, Li D M, Liu D S, Xie S J 2007 Acta Phys . Sin. 56 4884 (in Chinese) [夏蔡娟、 房常峰、 胡贵超、 李冬梅、 刘德胜、 解士杰 2007 物理学报 56 4884 ]

    [13]

    Tang L M, Wnag L L, Wang N, Yan M 2008 Acta Phys . Sin. 57 3203 (in Chinese) [唐黎明、 王玲玲、 王 宁、 严 敏 2008 物理学报 57 3203 ]

    [14]

    Niu X M, Qi Y H 2008 Acta Phys . Sin. 57 6926 (in Chinese) [牛秀明、 齐元华 2008 物理学报 57 6926 ]

    [15]

    Jin L, Zhu L, Li L, Xie Z W 2009 Acta Phys . Sin. 58 8577 (in Chinese) [金 莲、 朱 林、 李 玲、 谢征微 2009 物理学报 58 8577 ]

    [16]

    Wang L G, Zhang H Y, Wang C, Terence K S W 2010 Acta Phys . Sin. 59 536 (in Chinese) [王利光、 张鸿宇、 王 畅、 Terence K S W 2010 物理学报 59 536 ]

    [17]

    An Y P, Yang C L, Wang M S, Ma X G, Wang D H 2010 Acta Phys. Sin. 59 2010 (in Chinese) [安义鹏、 杨传路、 王美山、 马晓光、 王德华2010 物理学报 59 2010 ]

    [18]

    Rego L G C, Kirczenow G 1998 Phys. Rev. Lett. 81 232

    [19]

    Rego L G C, Kirczenow G 1999 Phys. Rev. B 59 13080

    [20]

    Schwab K, Henriksen E A, Norlock J M, Roukes M L 2000 Nature (London) 404 974

    [21]

    Chiatti O, Nicholls J T, Proskuryakov Y Y, Lumpkin N, Farrer I, Ritchie D A 2006 Phys. Rev. Lett. 97 056601

    [22]

    Meschke M, Guichard W, Pekola J P 2006 Nature(London) 444 187

    [23]

    Volz S G, Chen Gang 1999 Appl. Phys. Lett. 75 2056

    [24]

    Wu G, Dong J 2005 Phys. Rev. B 71 115410

    [25]

    Bao W X, Zhu C C 2006 Acta Phys . Sin. 55 3552 (in Chinese) [保文星、 朱长纯 2006 物理学报 55 3552 ]

    [26]

    Li S B, Wu Z M, Yuan K, Liao N M, Li W, Jiang Y D 2008 Acta Phys . Sin. 57 3126 (in Chinese) [李世彬、 吴志明、 袁 凯、 廖乃镘、 李 伟、 蒋亚东 2008 物理学报 57 3126 ]

    [27]

    Xu Y, Chen X, Gu B L, Duan W 2009 Appl. Phys. Lett. 95 233116

    [28]

    Wang J S, Li B 2004 Phys. Rev. Lett. 92 74302

    [29]

    Cross M C, Lifshitz R 2001 Phys. Rev. B 64 85324

    [30]

    Huang W Q, Chen K Q, Shuai Z, Wang L, Hu W 2005 Phys. Lett. A 336 245

    [31]

    Peng X F, Chen K Q, Zou B S, Zhang Y 2007 Appl. Phys. Lett. 90 193502

    [32]

    Tang L M, Wang Y, Wang D, Wang L L 2007 Acta Phys . Sin. 56 437 (in Chinese) [唐黎明、 王 艳、 王 丹、 王玲玲 2007 物理学报 56 437 ]

    [33]

    Xie F, Chen K Q, Wang Y G, Zhang Y 2008 J. Appl. Phys. 103 084501;104, 054312

    [34]

    Yao L J, Wang L L 2008 Acta Phys . Sin. 57 3100 (in Chinese) [姚凌江、 王玲玲 2008 物理学报 57 3100 ]

    [35]

    Li K M, Wang L L, Huang W Q, Zou B S, Wan Q 2009 J. Appl. Phys. 105 104515

    [36]

    PengX F, Chen K Q 2010 Physica E doi:10.1016/j.physe.2010.02.022

    [37]

    Santamore D H, Cross M C 2001 Phys. Rev. Lett. 87 115502

    [38]

    Santamore D H, Cross M C 2001 Phys. Rev. B 63 184306

    [39]

    Chen K Q, Li W X, Duan W H, Shuai Z, Gu B L 2005 Phys. Rev. B 72 045422

    [40]

    Li W X, Chen K Q, Duan W H, Wu J, Gu B L 2004 J. Phys.: Condens. Matter 16 5049

    [41]

    Huang W Q, Chen K Q, Shuai Z, Wang L L, Hu W Y, Zou B S 2005 J. Appl. Phys. 98 093524

    [42]

    Tang L M, Wang L L, Chen K Q, Huang W Q, Zou B S 2006 Appl. Phys. Lett. 88 163505

    [43]

    Yang P, Sun Q F, Guo H, Hu B B 2007 Phys. Rev. B 75 235319

    [44]

    Li K M, Wang L L, Huang W Q, Zou B S, Wan Q 2009 Phys. Lett. A 372 5816

    [45]

    Zhou L P, Wang M P, Zhu J J, Peng X F, Chen K Q 2009 J. Appl. Phys. 105 114318

    [46]

    Sun Q, Yang P, Guo H 2002 Phys. Rev. Lett. 89 175901

    [47]

    Xie F, Chen K Q, Wang Y G, Zhang Z H 2008 J. Appl. Phys. 104 054312

    [48]

    Wang J S, Wang J, Lu J T, 2008 Eur. Phys. J. B 62 381

    [49]

    Cross M C, Lifshitz R 2001 Phys. Rev. B 64 85324

    [50]

    Graff K F 1975 Wave Motion in Elastic Solids (Clarendon, Oxford)

    [51]

    Li W X, Chen K Q, Duan W H, Wu J, Gu B L 2003 J. Phys. D: Appl. Phys. 36 3027

    [52]

    Leng M, Lent C S 1993 Phys. Rev. Lett. 71 137 Leng M, Lent C S 1994 Phys. Rev. B 50 10823

    [53]

    Xu H Q 1995 Phys. Rev. B 52 5803 Xu H Q 2002 Appl. Phys. Lett. 80 853

    [54]

    Sheng W D 1997 J. Phys.: Condens Matter 9 8369

    [55]

    Madelung O 1982 Semiconductors: Group Ⅳ Elements and Ⅲ—Ⅴ Compounds (Springer, Berlin)

  • [1] 吴成伟, 任雪, 周五星, 谢国锋. 多孔石墨烯纳米带各向异性和超低热导的理论研究. 物理学报, 2022, 71(2): 027803. doi: 10.7498/aps.71.20211477
    [2] 吴成伟, 任雪, 周五星, 谢国锋. 多孔石墨烯纳米带各向异性和超低热导的理论研究. 物理学报, 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211477
    [3] 李宇昂, 吴迪, 王栋立, 胡昊, 潘毅. 基于原子操纵技术的人工量子结构研究. 物理学报, 2021, 70(2): 020701. doi: 10.7498/aps.70.20201501
    [4] 周欣, 高仁斌, 谭仕华, 彭小芳, 蒋湘涛, 包本刚. 多空穴错位分布对石墨纳米带中热输运的影响. 物理学报, 2017, 66(12): 126302. doi: 10.7498/aps.66.126302
    [5] 舒安庆, 吴锋. 量子热声微循环的优化性能. 物理学报, 2016, 65(16): 164303. doi: 10.7498/aps.65.164303
    [6] 卿前军, 周欣, 谢芳, 陈丽群, 王新军, 谭仕华, 彭小芳. 多通道石墨纳米带中弹性声学声子输运和热导特性. 物理学报, 2016, 65(8): 086301. doi: 10.7498/aps.65.086301
    [7] 姚海峰, 谢月娥, 欧阳滔, 陈元平. 嵌入线型缺陷的石墨纳米带的热输运性质. 物理学报, 2013, 62(6): 068102. doi: 10.7498/aps.62.068102
    [8] 彭小芳, 陈丽群, 罗勇锋, 刘凌虹, 王凯军. 含双T形量子结构的量子波导中声学声子输运和热导. 物理学报, 2013, 62(5): 056805. doi: 10.7498/aps.62.056805
    [9] 鲍志刚, 陈元平, 欧阳滔, 杨凯科, 钟建新. L型石墨纳米结的热输运. 物理学报, 2011, 60(2): 028103. doi: 10.7498/aps.60.028103
    [10] 聂六英, 李春先, 周晓萍, 程芳, 王成志. 结构缺陷对量子波导腔中热导的调控. 物理学报, 2011, 60(11): 116301. doi: 10.7498/aps.60.116301
    [11] 彭小芳, 王新军, 龚志强, 陈丽群. 量子点调制的一维量子波导中声学声子输运和热导. 物理学报, 2011, 60(12): 126802. doi: 10.7498/aps.60.126802
    [12] 董华锋, 吴福根, 牟中飞, 钟会林. 二维复式声子晶体中基元配置对声学能带结构的影响. 物理学报, 2010, 59(2): 754-758. doi: 10.7498/aps.59.754
    [13] 姚凌江, 王玲玲. 含半圆弧形腔的量子波导中声学声子输运和热导特性. 物理学报, 2008, 57(5): 3100-3106. doi: 10.7498/aps.57.3100
    [14] 唐黎明, 王 艳, 王 丹, 王玲玲. 边界条件对介电量子波导中声子输运性质的影响. 物理学报, 2007, 56(1): 437-442. doi: 10.7498/aps.56.437
    [15] 贺梦冬, 龚志强. 多层异质结构中的声学声子输运. 物理学报, 2007, 56(3): 1415-1421. doi: 10.7498/aps.56.1415
    [16] 熊志铭, 张青川, 陈大鹏, 伍小平, 郭哲颖, 董凤良, 缪正宇, 李超波. 光学读出微梁阵列红外成像及性能分析. 物理学报, 2007, 56(5): 2529-2536. doi: 10.7498/aps.56.2529
    [17] 赵 俊, 申彩霞, 周 放, 熊季午. 磁场对La2-xSrxCuO4单晶热导的影响研究. 物理学报, 2005, 54(8): 3845-3850. doi: 10.7498/aps.54.3845
    [18] 蔡炜颖, 李志锋, 陆 卫, 李守荣, 梁平治. Si微电阻桥温度分布与热传导特性的显微Raman光谱研究. 物理学报, 2003, 52(11): 2923-2928. doi: 10.7498/aps.52.2923
    [19] 李玉璋, 徐仲英, 葛惟锟, 许继宗, 郑宝贞, 庄蔚华. 多量子阱结构中热载流子弛豫过程中的非平衡声子效应. 物理学报, 1989, 38(9): 1540-1544. doi: 10.7498/aps.38.1540
    [20] 雷啸霖, 丁秦生. 非线性电子输运中声学和光学声子的联合散射效应. 物理学报, 1985, 34(8): 983-991. doi: 10.7498/aps.34.983
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出版历程
  • 收稿日期:  2010-03-26
  • 修回日期:  2010-06-09
  • 刊出日期:  2011-03-15

低温下多通道量子结构中的弹性声子输运和热导

  • 1. 湖南大学物理与微电子科学学院,长沙 410082
    基金项目: 国家自然科学基金(批准号:10674044)和湖南省自然科学基金(批准号:11J50430162)资助的课题.

摘要: 利用弹性近似模型和散射矩阵方法,研究了低温下多通道量子结构中的弹性声学声子输运的性质. 计算结果表明,对于低频声学声子,只要通道的横向宽度相同,各通道中最低阶模的透射概率几乎不受其他结构参数的影响,且其数值都接近于0.25;而高频声学声子在各通道中的透射概率与结构参数密切相关,不同通道中的透射概率不同;当温度非常低时,各通道的热导都接近于量子化热导π2k2BT/(3h)的四分之一;随着温度的升高,各通道的热导增减

English Abstract

参考文献 (55)

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