Surface phonon localization and heat flux regulation in nanophononic metamaterials

纳米柱 声子 超材料 热流密度 材料科学 热导率 凝聚态物理 焊剂(冶金) 表面声子 光电子学 纳米技术 纳米结构 传热 物理 复合材料 热力学 冶金
作者
Jian Zhang,Haochun Zhang,Shuai Chen,Gang Zhang
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:123 (5) 被引量:3
标识
DOI:10.1063/5.0155798
摘要

Nanophononic metamaterials (NPM) have received surging research attention for thermal conductivity modification. The local resonance hybridization mechanism of NPM is of great significance to the performance optimization of heat flux regulation devices. In this Letter, using silicon nanofilm with a periodic array of nanopillars as example, we systemically studied the phonon localization effect and heat flux regulation. The results demonstrate that the phonon localization effect produced by the nanopillars is mainly concentrated in the region close to surface layer. Moreover, the effects of nanopillar height, spacing, and atomic mass of atoms in the nanopillars on the localization are also explored. Finally, the relationship between phonon localization and heat flux density is demonstrated through non-equilibrium molecular dynamics calculations. This study provides not only the better understanding of the phonon resonance hybridization mechanism in nanophononic metamaterials but also useful guidelines for the design of nanoscale heat flux regulation devices.

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