Etude de la conductivité thermique des nanofils modulés de Silicium par la méthode de Monte Carlo combinée au formalisme de Green-Kubo

Dans ce travail, nous nous intéressons à la modélisation du transport des phonons dans des nanostructures et à la détermination de leurs propriétés thermiques. La technique utilisée est basée sur la résolution de l’équation de transport de Boltzmann par la méthode Monte Carlo, combinée au calcul de l’autocorrélation du flux de chaleur par la méthode de Green-Kubo. Cette méthode est utilisée pour déterminer la conductivité thermique des nanofils de silicium, présentant des géométries simples et complexes. Ces travaux s’inscrivent dans la continuité de recherches antérieures [1], qui abordent de manière similaire la question du transport de phonons dans les matériaux nanoporeux. Nos résultats de simulations sont comparés aux données expérimentales présentes dans la littérature [2-5]. Pour tous les cas considérés, une concordance satisfaisante est notée entre les résultats de simulations numériques et les mesures expérimentales, avec des écarts relatifs se situant autour de 10 % ou en dessous. L’interprétation des résultats permet de souligner l’importance de la diffusion aux frontières des phonons, ainsi que l’impact de la nanostructuration, sur le transfert thermique des nanofils modulés avec et sans constriction. [1] D. Lacroix, M. I. Nkenfack, G. Pernot, and M. Isaiev. Thermal properties of nanoporous materials, large scale modelling with the use of Monte Carlo phonon transport autocorrelation. Journal of Applied Physics, 134(2):025101, 07 2023. [2] Deyu Li, Yiying Wu, Philip Kim, Li Shi, Peidong Yang, and Arun Majumdar. Thermal conductivity of individual silicon nanowires. Applied Physics Letters, 83(14):2934–2936, 09 2003. [3] Jaeho Lee, Woochul Lee, Jongwoo Lim, Yi Yu, Qiao Kong, Jeffrey Urban, and Peidong Yang. Thermal transport in silicon nanowires at high temperature up to 700 K. Nano letters, 16, 05 2016. [4] Jeremie Maire, Roman Anufriev, Takuma Hori, Junichiro Shiomi, Sebastian Volz, and Masahiro Nomura. Thermal conductivity reduction in silicon fishbone nanowires. Scientific Reports, 8:4452,03 2018. [5] Roman Anufriev, Sergei Gluchko, Sebastian Volz, and Masahiro Nomura. Quasi-ballistic heat conduction due to Lévy phonon flights in silicon nanowires. ACS Nano, 12, 11 2018.

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