Ultrafast electronic heat dissipation through surface-to-bulk Coulomb coupling in quantum materials
Principi, Alessandro (University of Manchester. Department of Physics and Astronomy)
Tielrooij, Klaas-Jan (Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia)

Data:	2022
Resum:	The timescale of electronic cooling is an important parameter controlling the performance of devices based on quantum materials for optoelectronic, thermoelectric and thermal management applications. In most conventional materials, cooling proceeds via the emission of phonons, a relatively slow process that can bottleneck the carrier relaxation dynamics, thus degrading the device performance. Here we present the theory of near-field radiative heat transfer, that occurs when a two-dimensional electron system is coupled via the non-retarded Coulomb interaction to a three-dimensional bulk that can behave as a very efficient electronic heat sink. We apply our theory to study the cooling dynamics of surface states of three dimensional topological insulators, and of graphene in proximity to small-gap bulk materials. The ''Coulomb cooling'' we introduce is alternative to the conventional phonon-mediated cooling, can be very efficient and dominate the cooling dynamics under certain circumstances. We show that this cooling mechanism can lead to a sub-picosecond time scale, significantly faster than the cooling dynamics normally observed in Dirac materials.
Ajuts:	European Commission 873028 European Commission 804349
Drets:	Aquest document està subjecte a una llicència d'ús Creative Commons. Es permet la reproducció total o parcial, la distribució, la comunicació pública de l'obra i la creació d'obres derivades, fins i tot amb finalitats comercials, sempre i quan es reconegui l'autoria de l'obra original.
Llengua:	Anglès
Document:	Prepublicació ; recerca ; Versió de l'autor
Obra relacionada:	Principi, Alessandro and Tielrooij, Klaas-Jan. «Ultrafast electronic heat dissipation through surface-to-bulk Coulomb coupling in quantum materials». Physical review B, Vol. 106 number 11 (Sep. 2022), art. 115422 https://doi.org/10.1103/PhysRevB.106.115422

DOI: 10.48550/arXiv.2206.09119

10 p, 2.6 MB

El registre apareix a les col·leccions:
Documents de recerca > Documents dels grups de recerca de la UAB > Centres i grups de recerca (producció científica) > Ciències > Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2)
Documents de recerca > Prepublicacions