高斯分布声子腔对半导体纳米线中声子输运影响的研究

摘要

近几十年来，纳米尺度的结构和声子器件由于具有新颖的物理性质和广泛的应用前景已成为当前材料科学和凝聚态物理领域中的研究热点。随着声子器件尺寸的不断减小，尺寸效应对器件热导率的影响在器件设计中起到了至关重要的作用。本文主要研究高斯分布声子腔对半导体纳米线中声子输运和热导性质的影响，以期通过调节几何形状和结构参数来控制热导，为相关量子器件的设计和制备提供理论依据。
　　 利用散射矩阵方法研究了低温下半导体纳米线中高斯分布声子腔的数目和包含声子腔的区域长度对声子输运及其热导性质的影响。研究表明，插入半导体纳米线中的高斯分布声子腔数目越多，声子透射谱线越复杂，模劈裂越强。在一些情况下，会出现禁止频隙，并且随着声子腔数目的增多，频隙的宽度和个数也相应的变宽和增加。同时，由于高斯分布自身具有对称性，随着包含声子腔区域长度的增大，热导出现一些反常现象，即：热导相互重合或交叉。这些结果表明可以通过在半导体纳米线中插入合适数目的声子腔或改变结构参数来控制声子透射系数的大小和热导值，同时也为相关纳米器件的设计提供了参考价值。
　　 采用散射矩阵的方法研究了低温下收窄半导体纳米线中高斯分布声子腔的数目和包含声子腔的区域长度对声子输运特性的影响。研究表明，随着高斯分布声子腔数目的增大，声子输运表现为共振输运，透射谱线呈现为一系列的共振峰和共振谷。低温条件下，收窄半导体纳米线中的高斯分布声子腔数目越多，热导越大。与此同时，随着区域长度的增大，总的透射减小，输运共振峰个数增多，且由于高斯分布自身的对称性，使热导出现了一些反常现象，说明声子的输运性质对结构参数有重要的依赖性。因此，我们可以在一定程度上通过改变几何形状、控制结构参数来调控声子的热输运几率和热导。