elib
DLR-Header
DLR-Logo -> http://www.dlr.de
DLR Portal Home | Impressum | Datenschutz | Kontakt | English
Schriftgröße: [-] Text [+]

Low-temperature heat transport under phonon confinement in nanostructures

Sidorova, Mariia und Semenov, Alexei D. und Zaccone, Alessio und Charaev, Ilya und Gonzalez, Mario und Schilling, Andreas und Gyger, Samuel und Steinhauer, Stephan (2024) Low-temperature heat transport under phonon confinement in nanostructures. Physical Review B, 110 (134513). American Physical Society. doi: 10.1103/PhysRevB.110.134513. ISSN 2469-9950.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
1MB

Offizielle URL: https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.110.134513

Kurzfassung

Heat transport in bulk materials is well described using the Debye theory of three-dimensional vibrational modes (phonons) and the acoustic match model. However, in cryogenic nanodevices, phonon wavelengths exceed device dimensions, leading to confinement effects that standard models fail to address. With the growing application of low-temperature devices in communication, sensing, and quantum technologies, there is an urgent need for models that accurately describe heat transport under confinement. We introduce a computational approach to obtain phonon heat capacity and heat transport rates between solids in various confined geometries that can be easily integrated into, e.g., the standard two-temperature model. Confinement significantly reduces heat capacity and may slow down heat transport. We validate our model with experiments on strongly disordered NbTiN superconducting nanostructure, widely used in highly efficient single-photon detectors, and we argue that confinement is due to their polycrystalline granular structure. These findings point to potential advances in cryogenic device performance through tailored material and microstructure engineering.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/207891/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Low-temperature heat transport under phonon confinement in nanostructures
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Sidorova, MariiaMariia.Sidorova (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9082-442XNICHT SPEZIFIZIERT
Semenov, Alexei D.alexei.semenov (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zaccone, AlessioUniversity of MilanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Charaev, IlyaUniversity of ZürichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gonzalez, MarioUniversity of ZürichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schilling, AndreasUiversity of ZürichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gyger, SamuelStanford UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Steinhauer, StephanKTH Royal Institute of TechnologyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:11 Oktober 2024
Erschienen in:Physical Review B
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:110
DOI:10.1103/PhysRevB.110.134513
Verlag:American Physical Society
ISSN:2469-9950
Status:veröffentlicht
Stichwörter:heat transfer, phonon confinement, nanostructures
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Detektoren für optische Instrumente
Standort: Berlin-Adlershof
Institute & Einrichtungen:Institut für Optische Sensorsysteme
Hinterlegt von: Sidorova, Mariia
Hinterlegt am:30 Okt 2024 10:21
Letzte Änderung:13 Nov 2024 12:33

Nur für Mitarbeiter des Archivs: Kontrollseite des Eintrags

Blättern
Suchen
Hilfe & Kontakt
Informationen
electronic library verwendet EPrints 3.3.12
Gestaltung Webseite und Datenbank: Copyright © Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Alle Rechte vorbehalten.