Низкотемпературный фононный транспорт в 3D-микроконтактах (Обзор)

Abstract

Обзор посвящен описанию неравновесных систем носителей, релаксационных и кинетических явлений в трехмерных микроконтактах. Основное внимание уделяется описанию фононной системы, которая существенно модифицируется в условиях баллистического транспорта. В таких системах потоки энергии ограничены присутствием слабосвязанных слоев примесных атомов, планарных дефектов или микроскопическими размерами контактов. Малые размеры микроконтактов, от нескольких нанометров до 1000 нм, позволяют исследовать низкотемпературный транспорт тепла и перенос заряда в масштабах, меньших, чем характерные длины неупругого рассеяния. Проанализирован механизм транспорта фононов при наличии поверхности раздела, рассмотрены различные модели планарного дефекта. Изучены особенности интерфейсного фононного транспорта, при котором коэффициенты переноса определяются не процессами рассеяния в объеме массивного кристалла, а свойствами межкристаллической границы. Детально рассмотрена квантовая фононная теплопроводность точечных контактов.

Огляд присвячено опису нерівноважних систем носіїв, релаксаційних і кінетичних явищ у тривимірних мікроконтактах. Основна увага приділяється опису фононної системи, що істотно модифікується в умовах балістичного транспорту. У таких системах потоки енергії обмежені присутністю слабкозв’язаних шарів домішкових атомів, планарних дефектів або мікроскоп ічними розмірами контактів. Малі розміри мікроконтактів, від декількох нанометрів до 1000 нм, дозволяють досліджувати низькотемпературний транспорт тепла і перенос заряду в масштабах, менших, ніж характерні довжини непружного розсіювання. Проаналізовано механ ізм транспорту фононів при наявності поверхні розділу, розглянуто різні моделі планарного дефекту. Вивчено особливості інтерфейсного фононного транспорту, при якому коефіцієнти переносу визначаються не процесами розсіювання в об’ємі масивного кристала, а властивостями межкристалічної границі. Детально розглянуто квантову фононну теплопровідність крапкових контактів.

The physical mechanisms of quantum, relaxation and kinetic phenomena in 3D-point contacts (dielectric–dielectric and metal–dielectric) are reviewed. The emphasis on the description of phonon system that are modified substantially ballistic transport conditions. In such systems the energy flows are limited by the existing weak bounded layers of impurity atoms, planar defects or microscopic size contacts. Small sizes of point contacts (from several nm to 1000 nm) make it possible to investigate the low temperature heat transport and charge transfer in the scales smaller than the typical length of in elastic scattering and the wavelength of phonons. The phonon transport for crystal-crystal interface is analyzed and different modes of planar defects are considered. The peculiarities of the atomic dynamic of micro-crystals and the resonance properties of inter crystal boundary are studied. The quantum phonon heat conductivity of point contacts is considered in detail.