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Heat guiding and focusing using ballistic phonon transport in phononic nanostructures

机译:在声子纳米结构中使用弹道声子传输进行热引导和聚焦

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摘要

Unlike classical heat diffusion at macroscale, nanoscale heat conduction can occur without energy dissipation because phonons can ballistically travel in straight lines for hundreds of nanometres. Nevertheless, despite recent experimental evidence of such ballistic phonon transport, control over its directionality, and thus its practical use, remains a challenge, as the directions of individual phonons are chaotic. Here, we show a method to control the directionality of ballistic phonon transport using silicon membranes with arrays of holes. First, we demonstrate that the arrays of holes form fluxes of phonons oriented in the same direction. Next, we use these nanostructures as directional sources of ballistic phonons and couple the emitted phonons into nanowires. Finally, we introduce thermal lens nanostructures, in which the emitted phonons converge at the focal point, thus focusing heat into a spot of a few hundred nanometres. These results motivate the concept of ray-like heat manipulations at the nanoscale.
机译:与经典的大规模热扩散不同,由于声子可以沿直线弹道传播数百纳米,因此可以在不耗能的情况下发生纳米级热传导。然而,尽管最近有关于这种弹道声子传输的实验证据,但由于单个声子的方向是混乱的,因此控制其方向性并因此实际使用仍然是一个挑战。在这里,我们展示了一种使用带有孔阵列的硅膜来控制弹道声子传输的方向性的方法。首先,我们证明了孔的阵列形成了指向相同方向的声子通量。接下来,我们将这些纳米结构用作弹道声子的定向源,并将发射的声子耦合到纳米线中。最后,我们介绍了热透镜纳米结构,其中发射的声子在焦点处会聚,从而将热量聚焦到几百纳米的位置。这些结果激发了纳米级射线状热操纵的概念。

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