1. 摘要
一直以來提升小型化器件的散熱能力都是一個(gè)挑戰(zhàn)兢卵，由于聲子在納米結(jié)構(gòu)中的頻繁散射逼纸，導(dǎo)致納米結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)熱性明顯降低。然而济蝉，如果光學(xué)聲子與光子耦合形成一種準(zhǔn)粒子（表面聲子極化激元）杰刽，這樣便會提供一個(gè)新的散熱通道。最近王滤，研究人員證明SiN納米膜表面支持的表面聲子極化激元可以增強(qiáng)熱傳導(dǎo)贺嫂；他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：當(dāng)溫度由300K升到800K，厚度小于50nm的納米膜的導(dǎo)熱性能提升約一倍雁乡；而較厚的納米膜的導(dǎo)熱性能隨溫度升高呈下降趨勢[1]第喳。理論分析結(jié)果表明納米膜厚度與溫度的依賴關(guān)系是由于表面聲子極化激元對熱傳導(dǎo)的貢獻(xiàn)。表面聲子極化激元的熱傳導(dǎo)為微電子踱稍、硅基光電子等集成系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域提供了一個(gè)新的散熱通道曲饱。
2. 背景介紹
聲子是一種表現(xiàn)為晶格振動(dòng)準(zhǔn)粒子悠抹，它是介質(zhì)材料中的主要熱載流子。由于基本 的色散關(guān)系扩淀，聲子有被稱為光學(xué)聲子和聲學(xué)聲子楔敌。相比于聲學(xué)聲子，由于光學(xué)聲子很低的群速度驻谆，光學(xué)聲子的熱傳導(dǎo)一般可以忽略不計(jì)卵凑。介質(zhì)膜熱導(dǎo)體主要依靠聲學(xué)聲子導(dǎo)熱，由于表面散射胜臊，較厚薄膜的導(dǎo)熱能力一般比較差勺卢。目前，研究表明單純通過聲學(xué)聲子導(dǎo)熱是存在一個(gè)極限的象对，聲子與表面電磁波的耦合將會增強(qiáng)散熱黑忱。理論計(jì)算結(jié)果顯示在100nm厚度以下的納米膜，表面聲子極化激元的傳播長度攜帶的熱量是聲子的數(shù)倍勒魔。
在過去的很長一段時(shí)間杨何，大量的研究工作基于支持表面波的具有表面效應(yīng)的納米結(jié)構(gòu)。在具有高的表面體積比的結(jié)構(gòu)表面的某種表面波可以攜帶能量沥邻，從而提高納米級設(shè)備的熱性能和穩(wěn)定性危虱，其中一種表面波是表面聲子極化激元，它是光學(xué)聲子與電磁波的耦合唐全。最近的一些實(shí)驗(yàn)表明在一定溫度范圍內(nèi)埃跷，SiO納米膜表面的聲子極化激元對于熱傳導(dǎo)有一定影響，但是該研究的結(jié)論并不是完全確定的邮利，因?yàn)閷τ谝粋€(gè)樣品溫度與厚度的關(guān)系有很大的不同弥雹，存在很大的實(shí)驗(yàn)誤差。因此延届，研究人員使用不同的方法將目光主要放在溫度的變化剪勿，而不是厚度。這個(gè)研究使他們得出有利的證據(jù)去證明熱傳導(dǎo)性的增加是由于表面聲子極化激元方庭。
3.圖示結(jié)果
研究結(jié)果表明聲子熱傳導(dǎo)的衰減可以通過表面聲子極化激元的傳熱來補(bǔ)償署隘，甚至可以提高兩倍的導(dǎo)熱能力。該工作揭示了一條介質(zhì)傳熱的新通道亚隙，為提高微電子器件的散熱以及硅光子學(xué)中的效率奠定了基礎(chǔ)磁餐。
4.參考文獻(xiàn)
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Y. Wu, J. Ordonez-Miranda, S. Gluchko, R. Anufriev, D. S. Meneses, L. Del Campo, S. Volz, and M. Nomura, Sci Adv 6 (2020). ?
