魏志勇 蒋永强 毕可东 杨决宽 陈云飞

(东南大学机械工程学院, 南京 211189)(东南大学江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室, 南京 211189)

二维声子晶体色散关系的大尺度晶格动力学计算

魏志勇 蒋永强 毕可东 杨决宽 陈云飞

(东南大学机械工程学院, 南京 211189)(东南大学江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室, 南京 211189)

提出了一种计算大尺度原胞的晶格动力学方法,对光滑硅薄膜的声子色散关系进行了检验.在不考虑声子区域折叠效应的条件下,通过比较超原胞和单原胞模型计算的声子色散关系,证实了所提方法的正确性.运用该方法研究了二维孔状硅声子晶体的色散关系.进一步研究了硅声子晶体色散关系与气孔率和膜厚的关系,结果发现,与相同厚度的光滑硅薄膜相比,孔的存在降低了三支声学的声子群速度;随着气孔率的增加,声子群速度快速降低;而增加薄膜厚度主要增加了法向声子群速度.

声子晶体;晶格动力学;色散关系;群速度

低热导率材料和结构在工程上有很多重要的应用,如降低材料的热导率可以提高节能建筑的能源消耗量[1]、热障涂层的性能[2]和热电材料的热电转化效率[3].对于工程上应用广泛的半导体和绝缘体材料,其热导率主要与声子色散关系和声子散射机制2个因素有关.在过去的几十年里,研究人员主要是采用边界散射和合金散射机制来降低材料的热导率.根据经典的尺寸……