【摘要】 二维材料异质结具有优异的热输运性能,是近年来的一个热点研究对象。

二维材料异质结具有优异的热输运性能,是近年来的一个热点研究对象。最常见的两种材料石墨烯(graphene)和六方氮化硼(hBN)由于晶格匹配度契合,所组成的异质结被广泛制备和研究。量子尺寸效应导致低维材料表现出奇特的物理性质,使其在量子器件方面具有广阔的应用前景。范德华异质结构作为光电子学的新材料引起了人们对其稳定性和结构性能关系的质疑。在密度泛函和多体微扰理论的框架下,关于graphene/h-BN异质结的研究越来越频繁,这两种材料备受研究者的青睐。从纳米材料的角度、依据密度泛函理论、分子动力学和热传输理论,借助Lammps计算软件包、Material studio建模、Ovito等软件进行了研究。基于石墨烯和六方氮化硼两种材料建立了两种不同的异质结模型,即不对称graphene/h-BN vd W异质结模型。为使用2D原子层创建一种具有优异特性的构架提供了可能性,这种混合异质结构的热输运性质对功能化器件的制备至关重要。第一部分使用声子谱计算对其热输运行为进行了模拟计算,发现对于前者的模型,热量更倾向于从单层流向多层区域,从而产生显著的热整流(TR)效应。利用声子谱计算计算其声子谱时,对应于不同的频率,发现在高频区域AB两部分的声子谱匹配得很好,但在低频区域内表现出显著的差异,这很大程度上取决于热流方向,特别是,低于3.5THz的平面外声子在A区域(被封闭的石墨烯)被强烈抑制。系统结构和声子动力学分析表明,NDTR效应归因于封闭的单层原子区在面外方向的振动失配与面内外振动声子谱的耦合因子之间的竞争,研究产生显著的NDTR效应的条件为纳米器件的热设计和热管理提供了新思路。

 

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