Preview

Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники

Расширенный поиск

Вычисление эффективного коэффициента теплопроводности сверхрешетки на основе кинетического уравнения Больцмана с использованием первопринципных расчетов

https://doi.org/10.17073/1609-3577-2019-3-190-196

Аннотация

В работе проводится вычисление эффективного коэффициента теплопроводности для бинарной гетероструктуры на примере сверхрешетки GaAs/AlAs для различных периодов и при различных температурах окружающей среды. Для расчета теплопроводности использовалась модель модального подавления, аппроксимирующая решение кинетического уравнения Больцмана для фононов. Дисперсионные параметры и параметры рассеяния получены из первопринципных расчетов.

Об авторах

К. К. Абгарян
Вычислительный центр имени А.А. Дородницына ФИЦ ИУ РАН, Москва, Россия Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) МАИ, Москва, Россия
Россия
Абгарян Каринэ Карленовна — доктор физ.-мат. наук, главный научный сотрудник, зав. отделом(1), зав. кафедрой(2)


И. С. Колбин
Вычислительный центр им. А. А. Дородницына Федерального исследовательского центра «Информатика и управление» РАН Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)
Россия
Колбин Илья С. — канд. физ.-мат. наук, научный сотрудник


Список литературы

1. Carrete, J., Vermeersch, B., Katre, A., van Roekeghem, A., Wang, T., Madsen, G. K. H., & Mingo, N. (2017). almaBTE : A solver of the space–time dependent Boltzmann transport equation for phonons in structured materials. Computer Physics Communications, 220, 351–362. doi:10.1016/j.cpc.2017.06.023

2. Xвесюк В.И., Скрябин А.С. Теплопроводность наноструктур. Теплофизика высоких температур, том 55, н. 3, с.446-471 (2017). doi: 10.7868/S0040364417030127

3. Van Roekeghem, A., Vermeersch, B., Carrete, J., & Mingo, N. (2019). Thermal Resistance of GaN/AlN Graded Interfaces. Physical Review Applied, 11(3). doi:10.1103/physrevapplied.11.034036

4. McGaughey, A. J. H., & Kaviany, M. (2006). Phonon Transport in Molecular Dynamics Simulations: Formulation and Thermal Conductivity Prediction. Advances in Heat Transfer, 169–255. doi:10.1016/s0065-2717(06)39002-8

5. Zhang Xing-li, Sun Zhao-wei. Molecular Dynamics Simulation on Thermal Boundary Resistance of Superlattice Structure. Jour.of Aero. Mat., Vol. 31, N. 4, pp.7-10 (2011). doi: 10.3969/j.issn.1005-5053.2011.4.002

6. Абгарян К.К., Евтушенко Ю.Г., Мутигуллин И.В., Уваров С.И. Молекулярно–динамическое моделирование начальных этапов процесса нитридизации поверхности Si(111) в атмосфере NH3. // Известия вузов. Материалы электронной техники. 2015. Т. 18. № 4. C.267-272.doi:10.17073/1609-3577-2015-4-267-272

7. Vallabhaneni, A. K., Chen, L., Gupta, M. P., & Kumar, S. (2017). Solving Nongray Boltzmann Transport Equation in Gallium Nitride. Journal of Heat Transfer, 139(10), 102701. doi:10.1115/1.4036616

8. Loy, J. M., Murthy, J. Y., & Singh, D. (2012). A Fast Hybrid Fourier–Boltzmann Transport Equation Solver for Nongray Phonon Transport. Journal of Heat Transfer, 135(1), 011008. doi:10.1115/1.4007654

9. Chung, J. D., McGaughey, A. J. H., & Kaviany, M. (2004). Role of Phonon Dispersion in Lattice Thermal Conductivity Modeling. Journal of Heat Transfer, 126(3), 376. doi:10.1115/1.1723469

10. Баринов А.А., Чжан К., Бинь Лю, Хвесюк В.И. Развитие методов расчета теплопроводности тонких пленок // Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2017. № 06. С. 56–71. doi: 10.7463/0617.0001221

11. Vermeersch, B., Carrete, J., & Mingo, N. (2016). Cross-plane heat conduction in thin films with ab-initio phonon dispersions and scattering rates. Applied Physics Letters, 108(19), 193104. doi:10.1063/1.4948968

12. Broido, D. A., Malorny, M., Birner, G., Mingo, N., & Stewart, D. A. (2007). Intrinsic lattice thermal conductivity of semiconductors from first principles. Applied Physics Letters, 91(23), 231922. doi:10.1063/1.2822891

13. Shindé, S. L., & Srivastava, G. P. (Eds.). (2014). Length-Scale Dependent Phonon Interactions. Topics in Applied Physics. doi:10.1007/978-1-4614-8651-0

14. Bellaiche, L., & Vanderbilt, D. (2000). Virtual crystal approximation revisited: Application to dielectric and piezoelectric properties of perovskites. Physical Review B, 61(12), 7877–7882. doi:10.1103/physrevb.61.7877

15. Li, W., Lindsay, L., Broido, D. A., Stewart, D. A., & Mingo, N. (2012). Thermal conductivity of bulk and nanowire Mg2SixSn1−xalloys from first principles. Physical Review B, 86(17). doi:10.1103/physrevb.86.174307

16. Li, W., Carrete, J., A. Katcho, N., & Mingo, N. (2014). ShengBTE: A solver of the Boltzmann transport equation for phonons. Computer Physics Communications, 185(6), 1747–1758. doi:10.1016/j.cpc.2014.02.015

17. Kundu, A., Mingo, N., Broido, D. A., & Stewart, D. A. (2011). Role of light and heavy embedded nanoparticles on the thermal conductivity of SiGe alloys. Physical Review B, 84(12). doi:10.1103/physrevb.84.125426

18. Ward, A., Broido, D. A., Stewart, D. A., & Deinzer, G. (2009). Ab initio theory of the lattice thermal conductivity in diamond. Physical Review B, 80(12). doi:10.1103/physrevb.80.125203

19. Carrete, J., Vermeersch, B., Thumfart, L., Kakodkar, R. R., Trevisi, G., Frigeri, P., … Mingo, N. (2018). Predictive Design and Experimental Realization of InAs/GaAs Superlattices with Tailored Thermal Conductivity. The Journal of Physical Chemistry C, 122(7), 4054–4062. doi:10.1021/acs.jpcc.7b11133

20. Wang, Y., Shang, S.-L., Fang, H., Liu, Z.-K., & Chen, L.-Q. (2016). First-principles calculations of lattice dynamics and thermal properties of polar solids. Npj Computational Materials, 2(1). doi:10.1038/npjcompumats.2016.6

21. Wang, Y., Wang, J. J., Wang, W. Y., Mei, Z. G., Shang, S. L., Chen, L. Q., & Liu, Z. K. (2010). A mixed-space approach to first-principles calculations of phonon frequencies for polar materials. Journal of Physics: Condensed Matter, 22(20), 202201. doi:10.1088/0953-8984/22/20/202201

22. Spaldin, N. A. (2012). A beginner’s guide to the modern theory of polarization. Journal of Solid State Chemistry, 195, 2–10. doi:10.1016/j.jssc.2012.05.010

23. Capinski, W. S., Maris, H. J., Ruf, T., Cardona, M., Ploog, K., & Katzer, D. S. (1999). Thermal-conductivity measurements of GaAs/AlAs superlattices using a picosecond optical pump-and-probe technique. Physical Review B, 59(12), 8105–8113. doi:10.1103/physrevb.59.8105

24. Benaim M. On the functional approximation with normalized Gaussian units. Neural Computation. 1994, vol. 6, pp. 314-333. doi: 10.1162/neco.1994.6.2.319.

25. Haykin S.S. Neural Networks: A Comprehensive Foundation, 2nd Edition. Prentice-Hal, 1999. p. 936.

26. Hardy R.L. Multiquadric equations of topography and other irregular surfaces. Journal of Geophysical Research. 1971, vol. 76. no. 8, pp. 1905–1915. doi: 10.1029/JB076i008p01905.

27. Vasilyev A.N., Kolbin I.S., Reviznikov D.L. Meshfree Computational Algorithms Based on Normalized Radial Basis Functions. Advances in Neural Networks – ISNN 2016. ISNN 2016. Lecture Notes in Computer Science. 2016, vol. 9719, pp. 583-591. doi: 10.1007/978-3-319-40663-3 67

28. Bugmann G. Normalized Gaussian radial basis function networks. Neurocomputing. 1998, vol. 20, no. 1/3, pp. 97-110. doi: 10.1016/S0925-2312(98)00027-7.


Для цитирования:


Абгарян К.К., Колбин И.С. Вычисление эффективного коэффициента теплопроводности сверхрешетки на основе кинетического уравнения Больцмана с использованием первопринципных расчетов. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2019;22(3):190-196. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2019-3-190-196

Просмотров: 88


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1609-3577 (Print)
ISSN 2413-6387 (Online)