カップリング膜に沿った高い表面フォノン-ポラリトン面内熱コンダクタンス

High Surface Phonon-Polariton in-Plane Thermal Conductance along Coupled Films.

• Saeko Tachikawa
• Jose Ordonez-Miranda
• Yunhui Wu
• Laurent Jalabert
• Roman Anufriev
• Sebastian Volz
• Masahiro Nomura

抄録

表面フォノン-ポラリトン(SPhP)は、フォノンや電子の典型的な平均自由行程よりも数桁長い距離を伝搬することができる電磁波です。そのため、極性ナノ構造体の面内熱伝導率を大幅に向上させることができる強力な熱キャリアとして期待されています。本研究では、SiO 2/Si(厚さ10μm)/SiO 2層構造が、両極のSiO 2ナノ層に沿って伝搬するSPhPの結合により、面内熱伝導率がSiO 2単膜の場合に比べて10倍以上になることを示した。このようにして得られた結果は、提案した3層構造が、機械的安定性を大幅に向上させながら、単一の浮遊膜の面内熱性能を上回ることを示している。

Surface phonon-polaritons (SPhPs) are evanescent electromagnetic waves that can propagate distances orders of magnitude longer than the typical mean free paths of phonons and electrons. Therefore, they are expected to be powerful heat carriers capable of significantly enhancing the in-plane thermal conductance of polar nanostructures. In this work, we show that a SiO 2 /Si (10 μ m thick)/SiO 2 layered structure efficiently enhances the SPhP heat transport, such that its in-plane thermal conductance is ten times higher than the corresponding one of a single SiO 2 film, due to the coupling of SPhPs propagating along both of its polar SiO 2 nanolayers. The obtained results thus show that the proposed three-layer structure can outperform the in-plane thermal performance of a single suspended film while improving significantly its mechanical stability.