Фононный перенос энергии в наноструктурах, содержащих два металлических слоя

Abstract

Рассмотрен режим стационарного нагрева системы, состоящей из двух металлических слоев М₁ и М₂, разделенных диэлектрической прослойкой I. Считается, что в слоях поглощается мощность W₁ и W₂, а массивная диэлектрическая подложка, на которой расположена M₁/I/M₂-система, является термостатом. На основании кинетического уравнения для фононной функции распределения проанализирован фононный перенос тепла в M₁/I/M₂-системе и найдена зависимость электронных температур слоев, T₁ и T₂, от W₁ и W₂. Предельные случаи толстых и тонких слоев рассмотрены в реальной экспериментальной ситуации, когда один из слоев нагревается, а другой слой служит термометром. Проведено сравнение результатов теории с экспериментом.

Розглянуто режим стаціонарного нагріву системи, що складається з двох металевих шарів М₁ і М₂, розділених діелектричним прошарком I. Вважається, що в шарах поглинається потужність W₁ і W₂, а масивна діелектрична підкладка, на якій розташована M₁/I/M₂-система, є термостатом. На підставі кінетичного рівняння для фононної функції розподілу проаналізовано фононне перенесення тепла в M₁/I/M₂-системі і знайдена залежність електронних температур шарів, T₁ і T₂ від W₁ і W₂. Граничні випадки товстих і тонких шарів розглянуто в реальній експериментальній ситуації, коли один з шарів нагрівається, а інший шар служить термометром. Проведено порівняння результатів теорії з експериментом.

We consider a steady-state heating regime for a system consisting of two metal layers, M₁ and M₂, separated by a dielectric layer I. It is supposed that the powers W₁ and W₂ are absorbed in the layers, and a massive dielectric substrate, on which the M₁/I/M₂ system is situated, is a thermostat. On the basis of the kinetic equation for the phonon distribution function, we analyze the phonon heat transfer in the M₁/I/M₂ system and find the dependence of electron temperatures of layers, T₁ and T₂, on W₁ and W₂. The limiting cases of thick and thin layers are considered in a real experimental situation where one of the layers is heated and the other layer serves as a thermometer. The theoretical results are compared with the experimental data.