结构缺陷对量子波导腔中热导的调控

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．60。No．11(2011)116301结构缺陷对量子波导腔中热导的调控冰聂六英李春先周晓萍程芳王成志(长沙理T大学物理与电子科学学院，长沙410114)(2010年11月23日收到；2011年1月28日收到修改稿)利用散射矩阵方法和标量模型，研究了低温下可调缺陷对量子波导腔的热导的影响．改变缺陷的参数能控制热导，缺陷的尺寸和位置能导致热导的改变，而且不同种类的缺陷也能导致热导随温度的变化．关键词：声学声子输运，热导，量子结构PACS：63．22．+nl，44．10．+i，73．2

2、3．Ad而，实验表明热导随温度的增加在低温区出乎意料1．引言地减小，量子化平台并没有出现．量子化热导平台仅在理想的一维量子线中出现．对于那些不连续的近年来，随着纳米技术的不断进步，制造各种量子结构，或者在主量子波导中存在对声子有散射纳米尺度量子器件成为可能．尺寸与电子平均自由作用的区域，如突变结，表面粗糙的量子程相比拟的介观系统的电子输运在实验和理论中线，含结构缺陷的量子线，侧端结都比较广泛地研究了．在器件设计中，尺寸效应对构卜，不光滑连接等，量子化热导平台不会器件的热导率的影响很重要’．相比之下，纳米尺出现．度热输运，尤

3、其是低温下的热输运，研究得还不是在本文中，基于标量模型，我们研究结构缺很多．对于极低温度的半导体，热输运主要来自于陷对量子波导腔中热导的调控．标量模型已经应用声子的贡献．在低温条件下，热输运的实验观察和到很多纳米结构的声学声子输运和热导的计算评价都很难进行．随着纳米科技的进步，在实验上中，”'”．Joe等研究了含可控杂质的量子研究纳米尺度弹道系统中的热输运是可行的．盒中电导，发现由于干涉效应导致电导出现振荡．在半导体纳米结构中热导是一个重要的参量．Chen等研究了结构缺陷对纳米线中热导的影近年来，发展新的纳米仪器用来探测纳

4、米尺度范围响．在本文中，我们讨论量子波导腔中的结构缺陷内的热导的基本性质受到了越来越多的关注．各种对热导的调控．纳米结构如超晶格，纳米线，一维链'”，纳米管，量子阱，石墨，。等，热导的研2．理论模型和公式究取得了引人注目的成果．电子元器件的尺寸在不断减小，导致器件每单位面积散发的热量在增加是在弹道区，热导由下式表示：介观系统中声学声子热输运受到关注的主要原因K=之一．纳米线结构尤其受到重视，原因在于低温下寿，㈩一维量子线中声子的热导是量子化的．理论上，一求和包括结构中所有的输运模m，r(∞)代表透射些研究者推导出低温下弹道

5、热输运的热导表达，发系数．考虑如图1所示模型结构．该模型结构分为现温度一0时，热导由截止频率为零的最低模决I—V五个区域．I区和V区的宽度为W，1I区和定，与结构无关，并且量子化单元为盯kT／3h．Ⅳ区的宽度为++，nl区为杂质区．对于三维实验上，Schwab等证明了量子化热导的预测．然量子结构如纳米线，基本的声子模应该有6支，即一湖南省自然科学基金(批准号：09JJ5005)和国家自然科学基金(批准号：10947134，11004019)资助的课题十E—mail：nieliuying@163．eom@2011中国物理学会

6、ChinesePhysicalSocietyhttp：／／wulixb．iphy．de．cnll630l一1物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．60，No．11(2011)116301支膨胀(dilatationa1)模、一支扭转(torsiona1)模、两的解为支弯曲(flexura1)模和两支剪切(shear)模．然而，对2于二维量子结构来说，可用纵向极化P模，垂直激(，)，)=∑le+e-ik~x](y)化SV模和水平极化SH模来描述．它们的极化方(=11，1V)．向分别为，Y，方向．为简单起见，假定区域I—V

7、在应力自由边界条件下，波函数和波数分别为有相同的厚度，并且厚度比纳米线的宽度及长度及／2n叮T弹性波的波长小得多．因此，方向极化的SH模与／——C0S——V(n≠0)，^√22(Y)=—Y平面极化的声学模P模和SV模是退耦合的．先前研究T型结构中P模和SV模混合情况对热导的^√／一2影响的结果表明，低温下模混合对热导的影响较。8n叮r小，SH模的热导与P模和sV模有相似的特征，在，(／T一—丁·I1W2本文中，我们只讨论SH模的热导．对于区域Ⅲ，弹性运动方程的解为ⅡⅢⅣ3J(，)，)=[cIG．ik+D·e-()Wc13J

8、t1●[二]+∑[c+D~2elk：2,]咖()J(=m)．Wd1如果c部分是空的，通道应用自由应力边界条件，横向波函数和波数可以表达为图1含缺陷的量子波导腔的示意图6+t≤Y≤W2时，采用弹性模型计算声学声子的透射系数．在弹f／。。()，一：)(≠0)，性近似下，SH模的弹性运动方程为(y)：j4Ⅱt