Geometrical quasi-ballistic effects on thermal transport in nanostructured devices
Alajlouni, Sami (Purdue University. Birck Nanotechnology Center)
Beardo Ricol, Albert (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Sendra Molins, Lluc (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Ziabari, Amir Koushyar (Oak Ridge National Laboratory)
Bafaluy Bafaluy, Javier (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Camacho Castro, Juan (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Xuan, Yi (Purdue University. Department of electrical and computer engineering)
Àlvarez Calafell, Francesc Xavier (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Shakouri, Ali (Birck Nanotechnology Center)

Data:	2021
Descripció:	8 pàg.
Resum:	We employ thermoreflectance thermal imaging to directly measure the steady-state two-dimensional (2D) temperature field generated by nanostructured heat sources deposited on silicon substrate with different geometrical configurations and characteristic sizes down to 400nm. The analysis of the results using Fourier's law not only breaks down as size scales down, but it also fails to capture the impact of the geometry of the heat source. The substrate effective Fourier thermal conductivities fitted to wire-shaped and circular-shaped structures with identical characteristic lengths are found to display up to 40% mismatch. Remarkably, a hydrodynamic heat transport model reproduces the observed temperature fields for all device sizes and shapes using just intrinsic Si parameters, i. e. , a geometry and size-independent thermal conductivity and nonlocal length scale. The hydrodynamic model provides insight into the observed thermal response and of the contradictory Fourier predictions. We discuss the substantial Silicon hydrodynamic behavior at room temperature and contrast it to InGaAs, which shows less hydrodynamic effects due to dominant phonon-impurity scattering.
Ajuts:	Agencia Estatal de Investigación RTI2018-097876-B-C22
Drets:	Aquest material està protegit per drets d'autor i/o drets afins. Podeu utilitzar aquest material en funció del que permet la legislació de drets d'autor i drets afins d'aplicació al vostre cas. Per a d'altres usos heu d'obtenir permís del(s) titular(s) de drets.
Llengua:	Anglès
Document:	Article ; recerca ; Versió acceptada per publicar
Matèria:	Nanoscale heat transfer ; Phonon hydrodynamics ; Quasi-ballistic transport ; Silicon
Publicat a:	Nano research, Vol. 14, issue 4 (April 2021) , p. 945-952, ISSN 1998-0000

DOI: 10.1007/s12274-020-3129-6

Postprint 11 p, 1.9 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 > Grup de Propietats de Transport a la Nanoescala
Articles > Articles de recerca
Articles > Articles publicats