Registration Number
0823U101888, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
25-01-2024
popup.evolution
o
Title
Kinetics of phonon and magnon transfer processes in heterogeneous nanostructures
Author
Iryna Myronenko,
popup.head Valerii Shklovskyi
popup.opponent Mykhailo Kovalevskyi
popup.opponent Oleksandr Kovalov
popup.review Heorhii Rashba
popup.review Olena Yezerska
popup.rada
V.N. Karazin Kharkiv National University
Description
Дисертація присвячена кінетичному аналізу поперечного перенесення тепла в різних геторогенних наноструктурах. Науковий аспект проблеми теплопровідності багатошарових систем полягає в тому, що закон Фур'є Q=- k∇T, який пов'язує потік тепла з градієнтом температури, не може бути застосований для аналізу теплоперенесення в шаруватих наноструктурах, де довжина вільного пробігу фононів більша або порівнянна з товщинами шарів і де вплив на теплоперенесення надають умови на межі суміжних матеріалів. Таким чином, для опису потоків тепла в наноструктурах потрібен мікроскопічний підхід.
Дисертаційна робота має п'ять розділів.
У першому розділі в рамках теорії акустичної неузгодженості між твердими тілами обговорюється роль електронів провідності в формуванні ефективної акустичної прозорості інтерфейсу між вузькими металевими плівками і діелектричними підкладками з високою теплопровідністю. Розглянуто випромінювання фононів з металевих плівок, що нагріваються струмом за низьких температур. Розгляд задач проведено з використанням кінетичних рівнянь для фононної та електронної функцій розподілу. Розглянуто результати робіт, в яких теоретично досліджено нелінійну релаксацію між магнонами та фононами в ізоляційному феромагнетику. Нелінійний тепловий потік від магнонів до фононів розраховано мікроскопічно в термінах черенковського випромінювання фононів магнонами.
У другому розділі дисертації описується об’єкт та методи дослідження переносу тепла в геторогенних наноструктурах. Наноматеріали—це не просто ще один крок у мініатюризації матеріалів або частинок. Нанорозмірний теплообмін був і є популярною темою впродовж останніх двох десятиліть. Фононне рівняння переносу тепла Больцмана–це метод, здатний моделювати перенесення фононів від балістичного до дифузійного режимів, велика кількість досліджень була зроблена для розробки чисельних розрахунків для цього рівняння.
Третій розділ. Представлено кінетичний підхід, в рамках якого розглянуто поперечне перенесення тепла через металевий шар, розташований між двома масивними діелектриками за низьких температур, коли електрони в металевому шарі термалізовані. Даний підхід аналізований на кінетичному рівнянні Больцмана для фононної функції розподілу з граничними умовами, що враховують відбиття та заломлення акустичних хвиль при їх проходженні через міжшарові інтерфейси. Обчислено ефективну поперечну теплопровідність даної шаруватої системи при довільному значенні товщини металевого шару.Знайдено товщини, при яких у теплопровідності проявляється розмірний ефект та його залежність від температури, що потрібно враховувати при створенні електронних пристроїв, елементи яких мають субмікронні розміри.
У четвертому розділі розглянуто кінетичний підхід переносу тепла фононами та магнонами через шар феромагнітного ізолятора, розташованого між двома масивними ізоляторами при низьких температурах, коли магнони в шарі феромагнітного ізолятора термалізовані внаслідок магнон-магнонних зіткнень і мають температуру магнонів. Розраховано ефективну поперечну теплопровідність даної шаруватої системи з довільною товщиною шару феромагнітного ізолятора, де тепловий потік переносять як магнони, так і фонони, та знайдено товщину, при якій розмірний ефект проявляється в теплопровідності.
П’ятий розділ.Розглянуто перенесення тепла в системі металевих шарів, розділених діелектричними прошарками при низьких температурах, коли електрони в металі термалізовані, а фонони – ні. Отримано аналітичний вираз для ефективної теплопровідності структур з довільною кількістю шарів, а також для надграток.Проаналізовано розмірний ефект теплопровідності і показано, що фононна механіка теплопровідності суттєво відрізняється для випадків товстих і тонких металевих шарів. Отримані в роботі результати дають пояснення особливостей перенесення тепла в наноструктурах і є важливими для розробки наноструктурованих матеріалів для застосувань в області термоелектрики, спінової калоритроніки, плазмоніки.
Результати отримані у роботі.
1.Отримано рівняння для поперечного перенесення потоку тепла через металевий шар, розташований між двома масивними діелектриками.
2.Обчислено ефективну поперечну теплопровідність шаруватої системи діелектрик-метал-діелектрик при довільному значенні товщини металевого шару.
3.Знайдено товщини, металевого шару, при яких в теплопровідності проявляється розмірний ефект.
4.Мікроскопічну теорію переносу енергії в багатошарових наноструктурах поширено на структури, що містять шар феромагнітного ізолятора.
5.Розраховано ефективну теплопровідність перпендикулярну до шарів, тобто через магнонну та фононну температури.
6.Знайдено товщину, феромагнітного ізолятора, при якій розмірний ефект проявляється в теплопровідності.
7.Розглянуто перенесення тепла в системі металевих шарів, розділених діелектричним прошарком при низьких температурах.
8.Обчислено ефективну поперечну теплопровідність з довільною кількістю шарів, проаналізовано розмірний ефект теплопровідності для випадків тонких і товстих шарі металу
Registration Date
2023-12-19
popup.nrat_date
2024-01-22 / 2026-07-01
