KOGERENTNYE SOSTOYaNIYa V TEPLOVOM KVANTOVOM TRANSPORTE

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Работа посвящена описанию переноса энергии когерентными тепловыми возбуждениями в диэлектриках, метаматериалах и наноразмерных системах. В технике вторичного квантования предложен общий формализм теплопроводности, учитывающий как модель свободных фононов при передаче тепла, так и образование когерентных шредингеровских состояний осцилляторной системы. Получен общий вид решения временной задачи с произвольными начальными условиями. Точное решение получено аналитически для теплового потока, переносимого когерентными фононами, созданными электронным волновым пакетом, продуцированным лазерным импульсом, воздействовавшим на наноматериал. Полученный точный вид решения в квадратурах создает основу для количественного описания когерентных фононов с различными начальными условиями, а также с учетом тепловых распределений, что позволяет проводить оценку тепловых свойств нанокристаллов. Показано, что при определенных соотношениях констант, характеризующих взаимодействие фононов с электронной подсистемой, в кристалле может устанавливаться незатухающий со временем тепловой поток.

About the authors

E. V. Orlenko

Санкт-Петербургский политехнический университет им. Петра Великого

Email: eorlenko@mail.ru
Санкт-Петербург, Россия

F. E. Orlenko

Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна

Санкт-Петербург, Россия

References

  1. Suixuan Li, Zihao Qin, Huan Wu, Man Li, M. Kunz, A. Alatas, A. Kavner, and Yongjie Hu, Anomalous Thermal Transport under High Pressure in Boron Arsenide, Nature, www.nature.comhttps:// doi.org/10.1038/s41586-022-05381-x.
  2. S. Lepri, R. Livi, and A. Politi, Phys. Rev. Lett. 125, 040604 (2020).
  3. Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц, Статистическая физика, Теоретическая физика, том 5, Наука, Физматлит, Москва (1964).
  4. Е. М. Лифшиц, Л. П. Питаевский, Статистическая физика. Теория конденсированного состояния, Теоретическая физика, том 9, Наука, Физматлит, Москва (1978).
  5. А. В. Юлин, А. В. Пошакинский , А. Н. Поддубный, ЖЭТФ 161, 206 (2022), doi: 10.31857/S0044451022020067.
  6. P. Cipriani, S. Denisov, and A. Politi, Phys. Rev. Lett. 94, 244301 (2005).
  7. C. B. Mendland H. Spohn, Phys. Rev. Lett. 111, 230601 (2013).
  8. A. Dhar, A. Kundu, and A. Kundu, Front. Phys. 7, 159 (2019).
  9. H. Spohn, J. Stat. Phys. 124, 1041 (2006).
  10. A. Mielke, Arch. Ration. Mech. Anal. 181, 401 (2006).
  11. M. Simoncelli, N. Marzari, and F. Mauri, Nat. Phys. 15, 809 (2019).
  12. L. Isaeva, G. Barbalinardo, D. Donadio, and S. Baroni, Nat. Commun. 10, 3853 (2019).
  13. Z. Zhang, Y. Guo, M. Bescond, J. Chen, M. Nomura, and S. Volz, Phys. Rev. B 103, 184307 (2021).
  14. S. Hu, Z. Zhang, P. Jiang, J. Chen, S. Volz, M. Nomura, and B. Li, J. Phys. Chem. Lett. 9, 3959 (2018).
  15. M. F¨orst, H. Kurz, T. Dekorsy, and R. P. Leavitt, Phys. Rev. B 67, 8, 085305 (2003).
  16. P. Delsing, A. N. Cleland, M. J. A. Schuetz et al., J. Phys. D 52, 353001 (2019).
  17. S. Hu, Z. Zhang, P. Jiang, J. Chen, S. Volz, M. Nomura, and B. Li, J. Phys. Chem. Lett. 9, 3959 (2018).
  18. L. Lindsay, D. A. Broido, and T. L. Reinecke, Phys. Rev. Lett. 111, 25901 (2013).
  19. J. S. Kang, M. Li, H. Wu, H. Nguyen, and Y. Hu, Science 361, 575 (2018).
  20. S. Li et al., Science 361, 579 (2018).
  21. F. Tian et al., Science 361, 582 (2018).
  22. J. S. Kang et al., Nat. Electron 4, 416 (2021).
  23. Y. Cui, Z. Qin, H. Wu, M. Li, and Y. Hu, Nat. Commun. 12, 1284 (2021).
  24. А. Анималу, Квантовая теория кристаллических твердых тел, Мир, Москва (1981), (Alexander O. E. Animalu, Intermediate Quantum Theory of Crystalline Solids, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey (1977).
  25. А. Н. Базь, Я. Б. Зельдович, А. М. Переломов, Рассеяние, реакции и распады в нерелятивистской квантовой механике, Наука, Физматлит, Москва (1971).
  26. E. V. Orlenko and V. K. Khersonsky, Emission and Absorption of Photons in Quantum Transitions. Coherent States, in: Quantum Science: The Frontier of Physics and Chemistry, ed. by T. Onishi, Springer, Singapore (2022), p. 349, https://doi.org/10.1007/978-981-19-4421-5_6.
  27. R. Berman, F. E. Simon, and J. Wilks, Nature 42se, 277 (1951).
  28. S. Hunsche, K. Wieneke, T. Dekorst, and H. Kurz, Phys. Rev. Lett. 75, 1815 (1995).
  29. T. Dekorsy, G.C. Cho, and H. Kurz, Coherent Phonons in Condensed Media, in: Light Scattering in Solids VIII. Topics in Applied Physics, ed. by M. Cardona and G. Gu¨ntherodt, Vol 76, Springer, Berlin, Heidelberg (2000), https://doi.org/10.1007/BFb0084242.
  30. J. Lukkarinen, Kinetic Theory of Phonons in Weakly Anharmonic Particle Chains, Springer (2016), p. 159.
  31. M. N. Luckyanova, J. Garg, K. Esfarjani, A. Jandl, M. T. Bulsara, A. J. Schmidt, A. J. Minnich, S. Chen, M. S. Dresselhaus, and Z. Ren, Science 338, 936 (2012). P. B. Rossen, A. Soukiassian, S. Suresha, J. C. Duda, B. M. Foley, C.-H. Lee, and Y. Zhu, Nat. Mater. 13, 168 (2014).
  32. Z. Zhang, Y. Guo, M. Bescond, J. Chen, M. Nomura, and S. Volz, Heat Conduction Theory Including Phonon Coherence, APL Mater. 9, 081102 (2021).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences