اثر تهي‌جاي‌هاي گسترده بر خواص گرمايي نانونوارهاي آرمچيري گرافن

The effect of extended vacancies on the thermal properties of armchair garaphene nanoribbons

اين مقاله به بهينه‌سازي خواص گرمايي نانونوارهاي آرمچيري گرافن، با ايجاد نقش‌هاي تكرار شونده كه شامل تهي‌جاي‌هاي گسترده با ساختار دوره‌اي هستند، مي‌پردازد. نانونوارهاي مورد بررسي از ابرسلول‌هايي با ساختار دوره‌اي از تهي جاي‌هاي گسترده با هندسه، ابعاد و تقارن‌هاي مختلف نسبت به محور نانونوار تشكيل شده‌اند. به منظور محاسبه طيف پاشندگي فونوني، ظرفيت گرمايي و خواص انتقال گرما، از مدل ثابت نيرو با در نظر گرفتن چهار همسايه نزديك و نظريه لاندائور استفاده شده است. نتايج محاسبات نشان مي‌دهد كه ساختار هندسي تهي‌جاي‌ها گسترده و جاي آنها نقش بسيار مؤثري در كنترل خواص گرمايي به‌ويژه در دماهاي پايين دارد. علاوه ‌بر اين مدهاي فونوني درون و بيرون صفحه‌اي، نقش متفاوتي در ظرفيت گرمايي و ضرايب رسانش فونوني از خود نشان مي‌دهند. محاسبه سهم مدهاي فونوني درون صفحه‌اي و بيرون صفحه‌اي نيز نشان مي‌دهد كه مدهاي فونوني بيرون صفحه‌اي به ويژه در دماهاي پايين سهم بيشتري در ترابرد و ظرفيت گرمايي نانونوارها، حتي در حضور تهي‌جاي‌هاي گسترده با ساختار دوره‌اي دارند. اين نتايج مي‌تواند در بهينه‌سازي و طراحي نانو قطعات گرمايي و ترموالكتريكي مفيد باشد

This paper shows a theoretical study of the thermal properties of armchair grapehen nanoribbons in the presence of extended vacancies. Each graphene nanoribbons formed by superlattices with a periodic geometric structure, different size and symmetry of vacancies. The phonon dispersion, specific heat and thermal conductivity properties are described by a force-constant model and also by Landauer theory calculations. Our results show that the geometric structure of the vacancies and their positions have a significant roles in controlling the thermal properties, especially at low temperatures. Moreover, the out-of-plane and in-plane phonon modes exhibit a different role in the heat capacity and thermal phonon transport properties. Moreover, the out-of-plane phonon modes have more contribution in low temperature regime rather than in-plane phonon modes even in the presence of extended vacancies. The result may be useful for the design and improvement of thermal or thermoelectric nanodevices.