A Thermal Diode Based on Nanoscale Thermal Radiation

整改 材料科学 纳米尺度 光电子学 二极管 工作(物理) 热的 纳米结构 辐射 热辐射 纳米技术 光学 热力学 物理 功率(物理)
作者
Anthony Fiorino,Dakotah Thompson,Linxiao Zhu,Rohith Mittapally,Svend‐Age Biehs,Odile Bezencenet,Nadia El-Bondry,S. Bansropun,Philippe Ben‐Abdallah,Edgar Meyhöfer,Pramod Reddy
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:12 (6): 5774-5779 被引量:205
标识
DOI:10.1021/acsnano.8b01645
摘要

In this work we demonstrate thermal rectification at the nanoscale between doped Si and VO2 surfaces. Specifically, we show that the metal-insulator transition of VO2 makes it possible to achieve large differences in the heat flow between Si and VO2 when the direction of the temperature gradient is reversed. We further show that this rectification increases at nanoscale separations, with a maximum rectification coefficient exceeding 50% at ∼140 nm gaps and a temperature difference of 70 K. Our modeling indicates that this high rectification coefficient arises due to broadband enhancement of heat transfer between metallic VO2 and doped Si surfaces, as compared to narrower-band exchange that occurs when VO2 is in its insulating state. This work demonstrates the feasibility of accomplishing near-field-based rectification of heat, which is a key component for creating nanoscale radiation-based information processing devices and thermal management approaches.

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