放大和收窄量子波导中的声学声子输运和热导率

运用散射矩阵方法,研究了在低温下量子波导宽度变化和长度L的变化对声学声子输运系数的影响.数值结果表明：当介电量子波导的宽度变化不大时,声学声子透射系数几乎不随宽度变化长度L的变化而变化;当介电量子波导的宽度变化比较大时,声学声子透射系数随长度L的增大而增大;当温度很低时,介电量子波导的宽度变化对热导率几乎没有影响,当温度升高时,热导率随长度L的增大而增大.     

流体动力学调制下的动态光流控波导及其生化应用

基于流体动力学调制,探究光流控波导的独特光学特性及其生化应用.将微流体独特的输运、扩散、离心性质应用到光波导设计中,赋予液体不同于固态光波导的奇异性质.例如以输运为主的流体特质可构造动态可调的阶跃波导;扩散明显的流体特质可构造具有独特衍射现象的渐变波导;离心性质可实现纤芯3D可调的动态波导.结合其他液体性质,光流控波导可实现传感、染料激光及颗粒分离的诸多生化应用.     

声子水动力学:进展、应用与展望

声子水动力学是研究介电固体中热输运的有效宏观方法,它具有清晰直观的物理图像和简洁统一的数学描述.本文总结了声子水动力学的理论基础、历史脉络、前沿进展与应用.从其历史发展看,声子水动力学经历了经典声子水动力学、唯象声子水动力学以及广义声子水动力学3个阶段.论文首先回顾了经典声子水动力学的统一动理论框架,通过声子Boltzmann方程的Chapman-Enskog渐近展开推导,介绍了前人所得到的不同形式的声子水动力学方程的条件和适用范围.随后总结了唯象声子水动力学的主要概念和内容及在微纳尺度热输运中的应用,并阐明了其沿袭经典声子水动力学发展的历史逻辑与局限性.同时,为了推广声子水动力学在复杂系统中的应用,本文介绍了基于声子水动力学理论的数值方法的最新进展,包括声子格子Boltzmann算法和声子Monte Carlo方法等.为了能让声子水动力学更准确地描述微纳系统中的热传递规律,本文还展望了声子水动力学的未来发展趋势,阐释了广义声子水动力学的内涵和外延,深入探讨了其非平衡热力学的理论基础.本文力图促进声子水动力学的进一步发展及其在揭示极端条件热输运机理方面的应用.     

含非均匀结构量子波导中6支振动模中的声子输运和热导

利用散射矩阵方法,研究非均匀结构调制的半导体量子波导中6支最低弹性声子模的输运系数与热导性质.研究结果表明:当4支最低声学声子模的截止频率为0Hz且当频率接近于0Hz时,透射系数总为1;当2支光学模的截止频率大于0Hz且当频率接近截止频率时,透射系数总为0;声子模的输运系数、量子化热导平台以及热导性质与量子点的结构密切相关;在极低温度下,扭转模的热导对结构最敏感,而随着温度的增大,压缩模与y方向的弯曲声学模的热导对量子点的结构最敏感;改变量子点的结构能有效调节6支单模的热导.     

多壁碳纳米管与基体之间界面热输运分子动力学模拟

碳纳米管与基体之间的热耦合对纳米结构界面热输运起主导作用。采用非平衡态分子动力学模拟了垂直生长多壁碳纳米管与Si基体之间的热耦合,得到界面热导的温度效应和作用力效应并利用声子输运理论进行了分析。低温下多壁碳纳米管与Si之间声子的态密度匹配较好,界面热输运能力主要取决于界面两侧低频声子的耦合振动,高温下近界面区域内热输运能力受高频声子的非弹性散射影响而逐渐增强。随着范德瓦尔斯力增强,界面热导线性增大。     

对称环型介观结构中电子的输运性质

采用介观结构中一维量子波导理论，在给定结点处波函数的边界条件情况下，研究对称环型介观结构的量子干涉晶体管中的电子输运特征，具体讨论了gate长度L以及环周长对电子输运性质的影响。     

基于Monte Carlo方法的n+n-n+-GaAs二极管模拟

用Monte Carlo方法模拟了n n-n -GaAs二极管中载流子的输运。考虑了在输运过程中的主要散射机制,包括极性光学声子散射、声学声子散射、谷间散射以及杂质散射,给出了模拟程序的流程图,自由飞行时间,散射机制的选择和电子波矢量,最后得出平均电子速率和平均电子能量.     

单分子量子点中的自旋流

研究了与声子模耦合的单分子量子点中的输运特性,重点讨论声子效应对自旋流的影响。结果表明,电子与声子的相互作用导致在磁场频率恰为声子频率的正整数倍的地方出现共振伴峰,伴峰的强度对电声子相互作用的强度非常敏感。这些现象为人们更好地理解单分子量子点中的输运特性,提供了更加丰富和有益的信息。     

声子输运模型预测石墨烯与基体之间界面热导

界面热导随着微纳米结构、器件的日益微型化而对内部热输运起着主导作用。本文采用扩散失配模型和非弹性散射模型从理论上预测了石墨烯与Si基体之间的声子透射系数和界面热导,并用声子输运理论进行了分析。声子透射系数和界面热导都随着温度的升高而增大,由于被激发的声子模式达到饱和,二者在高温时逐渐收敛。非弹性散射作用为声子透射提供了额外的通道,导致声子透射系数和界面导热能力的提升。     

二维三组元声子晶体Schoch效应及其调控

本文通过改变声子晶体表面的结构,调节表面一层的结构,观测到了二维声子晶体的Schoch效应,并且Schoch位移达到晶格常数的7.1倍.根据有限元方法计算超胞带结构及声压场图,分析了二维声子晶体Schoch效应产生的物理机理.由于表面结构影响,带结构通带中出现了一条类波导模,这种类波导模的存在使得入射波部分能量传导进表面层中,最终导致反射波束发生形变和偏移.通过改变声子晶体表面层包层半径,研究了声子晶体Schoch位移的变化规律,进一步增加表面层层数,实现了声子晶体Schoch效应的调控.本文的研究成果可为基于Schoch效应的声学传感器、声开关等声学器件的设计提供一定的理论参考与指导作用.