Derivation of a hydrodynamic heat equation from the phonon Boltzmann equation for general semiconductors
Sendra Molins, Lluc (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Beardo Ricol, Albert (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Torres, Pol (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Bafaluy Bafaluy, Javier (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Àlvarez Calafell, Francesc Xavier (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Camacho Castro, Juan (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)

Data:	2021
Descripció:	6 pàg.
Resum:	We present a formalism to solve the phonon Boltzmann transport equation (BTE) for finite Knudsen numbers that supplies a hydrodynamic heat transport equation similar to the Navier-Stokes equation for general semiconductors. This generalization of Fourier's law applies in general cases, from systems dominated by momentum-preserving normal collisions, as is well known, to kinetic materials dominated by resistive collisions, where it captures nonlocal effects. The key feature of our framework is that the macrostate is described in terms of the heat flux and its first derivatives. We obtain explicit expressions for the nonequilibrium phonon distribution and for the geometry-independent macroscopic parameters as a function of phonon properties that can be calculated from first principles. Ab initio model predictions are found to agree with a wide range of experiments in silicon. In contrast to approaches directly based on the BTE, the hydrodynamic equation can be solved in arbitrary geometries, thus providing a powerful tool for nanoscale heat modeling at a low computational cost.
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 publicada
Matèria:	Initio molecular-dynamics ; Total-energy calculations ; Thermal-conductivity ; Transport ; Sound ; Model
Publicat a:	Physical review B, Vol. 103, issue 14 (2021) , art. L140301, ISSN 2469-9969

DOI: 10.1103/PhysRevB.103.L140301

6 p, 574.3 KB

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