Микроскопический анализ переноса тепла в I₁/N/I₂ гетерогенных наноструктурах при низких температурах

Abstract

Представлен кинетический подход, в рамках которого аналитически рассмотрен поперечный перенос тепла через металлический слой, расположенный между двумя массивными диэлектриками. Вычислена эффективная поперечная теплопроводность такой слоистой системы при произвольном значении толщины металлического слоя и найдены толщины, при которых в теплопроводности проявляется размерный эффект. Поперечный теплоперенос анализируется также в рамках феноменологической двухтемпературной (2ТМ) модели, т.е. в терминах электронной и фононной температур. Сравнение результатов 2ТМ и микроскопического подхода позволяет выяснить условия, при которых часто используемый двухтемпературный подход не применим.

У статті представлено кінетичний підхід, в рамках якого аналітично розглянуто поперечний перенос тепла через металевий шар, який розташований між двома масивними діелектриками. Обчислена ефективна поперечна теплопровідність такої шаруватої системи при довільному значенні товщини металевого шару і знайдені товщини, при яких в теплопровідності проявляється розмірний ефект. Поперечний теплоперенос аналізується також в рамках феноменологічної двотемпературної (2ТМ) моделі, тобто в термінах електронної та фононної температур. Порівняння результатів 2ТМ і мікроскопічного підходу дозволяє з’ясувати умови, при яких двотемпературний підхід, що часто використовується, не може бути застосований.

The article presents a kinetic approach, in which the transverse heat transfer through a metal layer located between two massive dielectrics is analytically considered. The effective transverse thermal conductivity of such a layered system is calculated for an arbitrary value of the thickness of the metal layer and the thickness is found at which the size effect appears in thermal conductivity. Transverse heat transfer is also analyzed in the framework of the phenomenological two-temperature (2TM) model, i.e., in terms of electron and phonon temperatures. Comparison the results of 2TM and the microscopic approach allows us to find out the conditions under which the frequently used two-temperature approach is not applicable.