Propriétés de transport des phonons spectraux du silicium basées sur des simulations de dynamique moléculaire et de dynamique des réseaux

Bien que la conductivité thermique du silicium ait été étudiée auparavant, les estimations actuelles des longueurs libres moyennes des phonons n'ont pas fourni d'explication complète des forts effets de taille observés expérimentalement pour diverses micro et nanostructures en silicium. Étant donné que les modèles de temps de relaxation des phonons sont principalement semi-empiriques, les longueurs libres moyennes ne peuvent pas être déterminées de manière fiable et des questions demeurent quant aux polarisation, fréquences et longueurs d'onde qui sont les transporteurs de chaleur dominants. Ici, nous avons utilisé une combinaison de simulations de dynamique moléculaire en équilibre et de calculs de dynamique des réseaux pour détailler entièrement la dépendance spectrale des propriétés de transport des phonons dans le silicium massif. En considérant la dépendance en fréquence de la chaleur spécifique, des vitesses de groupe et des longueurs libres moyennes, nous abordons ces questions non résolues et examinons les erreurs associées aux approximations isotropes et moyennées en fréquence. Les détails de simulation, tels que la convergence des résultats en fonction du temps de simulation et l'extraction des propriétés de transport des phonons dans différentes directions cristallographiques, sont également discutés.