Microscopic origin of heat vorticity in quasi ballistic phonon transport
Tur Prats, Jordi (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Gutiérrez-Pérez, Marc (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Bafaluy Bafaluy, Javier (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Camacho Castro, Juan (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Àlvarez Calafell, Francesc Xavier (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Beardo Ricol, Albert (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)

Date:	2024
Abstract:	The microscopic constraints required for the emergence of hydrodynamic-like heat conduction in semiconductors as predicted by the Guyer-Krumhansl equation (GKE) are determined through energy-based deviational Monte Carlo simulations of the Boltzmann Transport Equation (MC-BTE). We simulate the process of heat release from a nanoscale heat source towards a semi-infinite Silicon substrate in steady-state by solely considering resistive phonon collisions with an average mean free path. We obtain good agreement between the microscopic (MC-BTE) and mesoscopic (GKE) approaches in capturing significant deviations from diffusive transport, such as the emergence of vorticity. The analysis shows that heat vortices appear in the vicinity of sufficiently small energy sources in the absence of momentum-conserving scattering. The GKE is able to capture the resulting non-diffusive transport effects at moderate Knudsen numbers in consistency with previous experimental work.
Grants:	Agencia Estatal de Investigación PID2021-122322NB-I00 Agencia Estatal de Investigación TED2021-129612B-C22 Agència de Gestió d'Ajuts Universitaris i de Recerca 2021/SGR-00644
Note:	Altres ajuts: acords transformatius de la UAB
Rights:	Aquest document està subjecte a una llicència d'ús Creative Commons. Es permet la reproducció total o parcial, la distribució, i la comunicació pública de l'obra, sempre que no sigui amb finalitats comercials, i sempre que es reconegui l'autoria de l'obra original. No es permet la creació d'obres derivades.
Language:	Anglès
Document:	Article ; recerca ; Versió acceptada per publicar
Subject:	Conduction ; Equation
Published in:	International journal of heat and mass transfer, Vol. 226 (July 2024) , art. 125464, ISSN 1879-2189

DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2024.125464

Available from: 2026-07-31 Postprint

The record appears in these collections:
Research literature > UAB research groups literature > Research Centres and Groups (research output) > Experimental sciences > Grup de Propietats de Transport a la Nanoescala
Articles > Research articles
Articles > Published articles