《單分子量子體系熱輸運機理與聲子調控》是依託湖南大學，由陳克求擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：單分子量子體系熱輸運機理與聲子調控
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳克求
- 依託單位：湖南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
單分子量子體系中的熱輸運性質是當前國際上剛興起的前沿研究熱點，本項目以非平衡格林函式輸運理論和第一性原理計算為基礎，結合分子動力學方法，發展物理模型和計算方法，研究單分子結構和器件中的熱輸運性質及其聲子調控機制。重點研究如下問題：（1）從理論上合理描述分子體系與外界環境耦合相互作用對體系熱輸運性質的影響，以及熱量通過分子傳輸的機理；(2) 從理論上探索聲子-聲子相互作用、電子-聲子相互作用對體系熱輸運性質的影響；（3）通過對分子實施摻雜、分子修飾、和分子裁剪等分子工程調控體系的聲子輸運和熱導性質; (4) 從原理上構築熱調控分子器件如具有熱整流效應的熱二極體和具有熱開關和放大效應的熱電晶體等，並從結構和外場對其性能進行有效調控。本項目旨在從原子、分子層次揭示單分子量子體系聲子輸運和熱導機理，從原理上設計具有新型結構和優異性能的分子尺度熱量子器件。
結題摘要
單分子量子體系中的熱輸運性質是當前國際上剛興起的前沿研究熱點，許多基本的科學問題如微觀分子與巨觀尺度熱庫之間的耦合作用、聲子-聲子相互作用和電子-聲子相互作用對體系熱輸運性質的影響，以及熱量通過分子體系傳輸的機理等重要的科學問題仍不是很清楚。關於熱量子器件的研究仍處在原理性階段，還有大量基礎理論研究工作要做。無論從學術還是從套用的角度，對分子尺度結構和器件的熱輸運機理開展研究是十分重要的。本項目以非平衡格林函式輸運理論和第一性原理計算為基礎，結合分子動力學方法，發展物理模型和計算方法，研究單分子量子體系中的熱輸運性質及其聲子調控機制。本項目主要研究內容和獲得的重要研究成果有：（一）系統研究了量子體系聲子傳輸和散射機制，建立了混合彈性-擴散聲子熱輸運方程，該方程包含了聲子-聲子相互作用，能處理從低溫到高溫的量子體系熱輸運性質，能區分彈性和擴散聲子輸運對熱導的貢獻；運用非平衡格林函式方法推導出了微波外場擾動下量子點耦合系統電流發熱公式，該公式包含了微波外場所帶來的所有可能效應;（二）研究了石墨烯納米帶、石墨炔納米帶、納米管、單個的有機分子等分子體系的聲子輸運與熱導性質, 系統探索了聲子-聲子相互作用、電子-聲子相互作用以及分子裁剪、引入側基團等分子工程對其熱輸運和熱電性質的調控機理；（三）系統探索了二維納米帶異質結和超晶格中的聲子相干效應及其對熱導率的影響，為熱導率的調控提供了一種新的機制；（四）深入研究了納米線中的聲子傳輸性質，發現了一種新的熱整流機制-聲子駐波；（五）系統研究了量子體系熱電轉換機制，發現了一種不同於Seebeck效應的新的熱電轉換機理—通過熱驅動壓電效應，直接轉化為穩定的交流電勢；（六）設計了幾種具有熱整流和負微分熱阻效應的器件模型。總之，通過本項目研究，我們對單分子量子體系中的熱傳輸機制及其器件的性能調控方法有了一個比較系統深入的認識。
