2023年9月29日，Phys. Rev. B在线发表了美国普渡大学Xiulin Ruan课题组的研究论文，题目为《Thermal conductivity of monolayer graphene: Convergent and lower than diamond》。
石墨烯由于其独特的性质和观察到的奇异传输现象而成为广泛研究的主题。其中，许多实验和理论研究表明，石墨烯的热导率（κ）超过了金刚石，即使是对于几微米大小的小样品也是如此，有些研究认为它随体系尺寸而发散。其他几个实验报告了较低的热导率值，这通常归因于缺陷和杂质。此外，这些测量的不确定性通常太大，无法最终评估其热导率是否高于金刚石。不确定性的来源包括光吸收、不同声子模式之间的强非平衡等。
在此研究中，作者通过考虑四声子散射、声子重整化、声子玻尔兹曼输运方程（BTE）的精确解和足够密集的采样网格，从第一性原理预测热导率。研究发现，在室温下，热导率在10 μm体系尺寸时达到饱和，并收敛到1300 W/(m K)，这低于金刚石的热导率。这表明四声子散射对总热阻的贡献率为57%，并成为三声子散射的主要声子散射机制。相反，由于弯曲声子的动量守恒正常过程，考虑三声子散射只产生高于金刚石的值和随尺寸而发散。
图1 石墨烯中的声子自能
图2 石墨烯在室温下热导率的收敛性
图3 谱和模式贡献
图4 石墨烯的热导率与温度的关系
【论文链接】
Han, Z. & Ruan, X. Thermal conductivity of monolayer graphene: Convergent and lower than diamond. Phys. Rev. B, 2023, 108, L121412. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.108.L121412
【其他相关文献】
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