自由程

使用阵列测量不同温度下硅膜中的声子平均自由程谱

了解声子平均自由程 (MFP) 是理解材料和纳米结构热性质的关键。尽管已有几个实验测量了块体硅中的声子 MFP，但是尚未通过实验直接测量薄膜中的 MFP 光谱。在这项工作中，我们通过实验探测了悬浮硅膜中的声子 MFP 光谱。首先，我们测量不同温度下带有狭缝阵列的膜的热导率。接下来，我们开发了一种完全分析程序来提取累积热导率与 MFP 的关系。由于膜边界的散射，在表面粗糙度为 0.2 nm 的 145 nm 厚的膜中测得的声子 MFP 比块体中的短。在室温下，声子 MFP 不超过 400 nm。然而，在 4 K 时，MFP 变得更长，并且一些声子可以弹道传播长达一微米。这些结果揭示了长期存在的一个问题：在基于硅膜的纳米结构中，不同温度下弹道声子传输范围。