Квант теплопроводности

В физике квант теплопроводности $g_{0}$ описывает скорость, с которой тепло переносится через одиночный баллистический фононный канал с температурой $T$.

Это дано

$g_{0}={\frac {\pi ^{2}{k_{\rm {B}}}^{2}T}{3h}}\approx (9.464\times 10^{-13}{\rm {W/K}}^{2})\;T$.

Теплопроводность кратному любой электроизоляционной структуры, которая демонстрирует баллистический транспорт фононов, равна положительному целому числу, $g_{0}.$ Квант теплопроводности был впервые измерен в 2000 году. В этих измерениях использовался взвешенный нитрид кремния ( Si
₃ Н
₄ ) наноструктуры, показавшие постоянную теплопроводность 16 $g_{0}$ при температуре ниже примерно 0,6 Кельвина .

Связь с квантом электропроводности

Для баллистических электрических проводников вклад электронов в теплопроводность также квантуется в результате кванта электропроводности и закона Видемана-Франца , который был количественно измерен как при криогенной (~ 20 мК), так и при криогенной температуре (~ 20 мК). и комнатная температура (~300К).

Квант теплопроводности, также называемый квантованной теплопроводностью, можно понять из закона Видемана-Франца, который показывает, что

${\kappa \over \sigma }=LT,$

где $L$ — универсальная константа, называемая фактором Лоренца ,

$L={\pi ^{2}k_{\rm {B}}^{2} \over 3e^{2}}.$

В режиме с квантованной электропроводностью можно иметь

$\sigma ={ne^{2} \over h},$

где $n$ — целое число, также известное как номер TKNN. Затем

$\kappa =LT\sigma ={\pi ^{2}k_{\rm {B}}^{2} \over 3e^{2}}\times {ne^{2} \over h}T={\pi ^{2}k_{\rm {B}}^{2} \over 3h}nT=g_{0}n,$

где $g_{0}$ – это квант теплопроводности, определенный выше.

См. также

• Тепловой транспорт в наноструктурах