Haku

Thermal conductance of pillar-based phononic crystals at sub-Kelvin temperatures

QR-koodi

Thermal conductance of pillar-based phononic crystals at sub-Kelvin temperatures

Fononikide on keinotekoinen periodinen rakenne yhdessä, kahdessa tai kolmessa ulottuvuudessa, joka vaikuttaa fononien eli elastisten aaltojen kvanttien etenemiseen. Koska lämmön johtuminen eristeissä ja puolijohteissa tapahtuu pääasiassa fononien välityksellä, voidaan fononikiteillä vaikuttaa lämmön kulkeutumiseen kyseisissä materiaaleissa. Fononikiteiden toimintamekanismit voidaan karkeasti jakaa kahteen eri kategoriaan: epäkoherenttiin, jossa hiukkasmainen diffusiivinen sironta hallitsee, ja koherenttiin, jossa fononit etenevät aaltomaisesti. Verrattuna reikärakenteisiin perustuviin kiteisiin, lämmönjohtumiseen vaikuttavien fononikiteiden joukossa huomattavasti vähemmän tutkittuja 2D-kiteitä ovat niin kutsutut pilaripohjaiset fononikiteet, joissa hila muodostuu periodisesti järjestyneistä pilareista ohuella kalvolla. Näiden fononikiteiden spektri voi sisältää niin kutsuttuja lokaaleja resonansseja, jotka estävät lämmön kulkeutumisen. Tässä pro gradu -tutkielmassa valmistettiin kaksi pilaripohjaista fononikidettä eri hilavakiolla, joiden lämmönjohtavuudet mitattiin. Pilareiden materiaali oli alumiini, ja niiden korkeus oli 300 nm, täyttösuhde oli 0.65, hilavakiot olivat 5 um ja 1 um, ja ne olivat 300 nm paksun piinitridikalvon pinnalla. Mittaukset suoritettiin suprajohtaviin liitoksiin perustuvalla lämmitin-lämpömittari-laitteella, joka valmistettiin näytteelle. Mittaukset tehtiin alle Kelvinin lämpötilassa, joka saavutettiin 3He/4Helaimennusjäähdyttimellä. Tuloksina saatiin 85 %:n lämmönjohtavuuden aleneminen verrattuna puhtaaseen kalvoon, joka kuitenkin vaikuttaisi olevan peräisin epäkoherentista sironnasta. Mahdollisia syitä koherenssin katoamiselle ovat pilareiden pinnan epätasaisuus, pilareiden ja kalvon välinen rajapinta sekä pilareiden sisäiset raerajat.

Tallennettuna: