纳米结构中热输运机理研究

本项目围绕纳米结构和器件中热输运机理的基本科学问题展开工作，从量子力学原理出发，应用Landauer 输运公式结合有效计算方法建立计算模型，研究纳米结构和器件中的热输运性质，计算结构中的透射系数和热导等，阐述作为主要传输热量的声子在其中的运动规律，探明体系的结构、尺寸效应以及声子模式的耦合对体系的宏观热导性质的作用以及调控热导的方法，初步探讨非平衡态下声子的输运方式。根据纳米结构中热输运的调控方法，设计和构建纳米尺度热量子功能器件，为实验上制作纳米热量子器件奠定理论基础，提供理论模型、器件参数。这对从原子、分子尺度上深入理解纳米体系热输运性质，从功能上实现量子器件热传导的调控具有重要意义。

在国家自然科学基金的资助下，本项目在规定时间内完成了工作并取得一系列科研成果。我们的研究发现：杨氏双缝和法布里-帕罗结构中声子输运性质具有结构效应，通过调控几何参数我们可以调控声子的透射和热导；低温下，六支最低振动模的输运几率表现为周期或准周期性，不同的振动模热导具有不同的输运性质，通过改变量子点的结构参数可以有效调节热导大小；非平衡态下，三端口纳米结构中声子输运表现出非线性热输运特性，我们观察到了负热导现象，该结构具有热整流效应。这些研究对深入理解纳米体系热输运性质，设计新型结构和功能的热量子器件有重要指导意义。