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石墨烯的声子热学性质研究
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O426.5[理学—声学;理学—物理]
  • 作者机构:[1]清华大学工程力学系、热科学与动力工程教育部重点实验室,北京100084
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:51322603,51356001,51136001,51321002)、新世纪优秀人才支持计划、清华大学自主科研计划和清华信息科学与技术国家实验室资助的课题.
中文摘要:

声子是石墨烯导热过程中的主要载体,而声子的弛豫时间又是其中最基本、最重要的物理量.本文采用简正模式分解法研究了石墨烯声子的弛豫时间,并且借此分析了不同声子在导热过程中的贡献.该方法通过平衡分子动力学模拟实现,首先通过模拟得到单个声子的能量自相关函数衰减曲线,并进一步采用拟合和积分两种方法得到单个声子的弛豫时间.然后,研究了弛豫时间与波矢、频率和温度的关系.结果发现,弛豫时间随波矢的变化与对应的色散关系相近,弛豫时间与频率和温度的关系符合理论模型:1/τ=νnTm,其中声学支的n为1.56,而光学支结果较为发散,指数m对于不同声子支结果略有不同.最后,还研究了不同频率声子对导热的贡献,发现低频声子在态密度上占有绝对优势,并且其弛豫时间整体高于高频声子,所以低频声子对导热的贡献占据主导地位.

英文摘要:

Phonons are the main energy carriers for heat conduction in graphene. One of the most important and basic thermal properties is the relaxation time. In this paper, phonon relaxation times are investigated by a normal mode decomposition method to reveal the distinctions of the different phonon modes. The method is based on equilibrium molecular dynamics simulation. In the simulations, the heat current autocorrelation functions are obtained for each single phonon, and the relaxation times are extracted by fitting the functions. In addition, the relations among relaxation time, wave vector, frequency, and temperature are examined. It is found that the variation tendency of the relaxation time with wave vector is close to that of the dispersion with wave vector. For frequency and temperature, they are in agreement with the theoretical model: 1/τ=νnTm. It is shown that "n" is 1.56 for acoustic phonons, while for optical phonons, it varies slightly with frequencies; and "m" is slightly different for each mode. Finally, the contributions of different phonon modes to thermal conductivity are investigated. It is found that low frequency phonons dominate the heat conduction process because of the relatively high relaxation time and density of states.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876