Thermal resistance from non-equilibrium phonons at Si–Ge interface

材料科学 声子 声子散射 玻尔兹曼方程 散射 微尺度化学 热的 界面热阻 热导率 热阻 凝聚态物理 热力学 复合材料 光学 数学教育 物理 数学
作者
Xun Li,Jinchen Han,Sangyeop Lee
出处
期刊:Materials Today Physics [Elsevier BV]
卷期号:34: 101063-101063 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.mtphys.2023.101063
摘要

As nanostructured devices become prevalent, interfaces often play an important role in thermal transport phenomena. However, interfacial thermal transport remains poorly understood due to complex physics across a wide range of length scales from atomistic to microscale. Past studies on interfacial thermal resistance have focused on interface-phonon scattering at the atomistic scale but overlooked the complex interplay of phonon-interface and phonon-phonon scattering at microscale. Here, we use the Peierls-Boltzmann transport equation to show that the resistance from the phonon-phonon scattering of non-equilibrium phonons near a Si–Ge interface is much larger than that directly caused by the interface scattering. We report that non-equilibrium in phonon distribution leads to significant entropy generation and thermal resistance upon three-phonon scattering by the Boltzmann's H-theorem. The physical origin of non-equilibrium phonons in Ge is explained with the mismatches of phonon dispersion, density-of-states, and group velocity, which serve as general guidance for estimating the non-equilibrium effect on interfacial thermal resistance. Our study bridges a gap between atomistic scale and less studied microscale phenomena, providing comprehensive understanding of overall interfacial thermal transport and the significant role of phonon-phonon scattering.
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