近日，南京师范大学物科院张力发教授团队2018级本科生武元辰和王婷婷分别以第一作者身份在国际一流期刊Phys. Rev. E上发表题为“Ballistic thermal rectification in asymmetric homojunctions” (https://doi.org/10.1103/PhysRevE.103.052135)和“Interface thermal resistance induced by geometric shape mismatch: A multiparticle Lorentz gas model” (https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevE.104.024801)两篇论文。Phys. Rev. E是美国物理学会旗下的知名期刊。
近年来，集成电路中的电子器件尺寸不断缩小，但其单位面积上的功率却不断提高，这为微尺度器件的能量转换和散热带来了巨大的挑战。当两种物质相互接触时，接触界面中会存在界面热阻这一阻碍热量传递的障碍，它也是影响微纳米尺度传热的一个关键物理因素。
基于此，武元辰同学利用单粒子洛伦兹气体模型研究了非对称同质结中的弹道热输运。研究表明，矩形同质结的热整流效应随着不对称性的增强而增强。在研究中还引入了双曲正切的界面形状来研究界面平缓度对热输运的影响，并发现平缓的界面有利于提高热整流效应。此外，还可以通过增加温度梯度或降低两个热源的平均温度来改善非对称同质结的热整流效应。该文章第一作者是物科院2018级本科生武元辰，共同第一作者是2019级硕士研究生杨宇，通讯作者是物科院俞之舟副教授和张力发教授。
王婷婷同学则采用多粒子洛伦兹气体模型研究了均匀阶梯系统的界面热阻。研究发现，界面热阻可以由纯几何形状失配触发，并随着失配程度的降低而减小。由于不同热传导方向的界面热阻是不对称的，在几何形状失配系统中还可以引起热整流效应。此外，研究工作还讨论了绝对宽度、宽度比、平均温度以及温差对界面热阻和热整流效应的影响。几何形状失配引起的界面热阻将为界面热传导提供新的研究思路。该文章第一作者是物科院2018级本科生王婷婷，通讯作者是物科院青年教师马登科博士。
参与以上研究工作的还有物科院2018级本科生徐蕾同学。几位同学从大二上学期就加入张力发教授的量子输运和热能科学中心，开展热传导相关工作的研究。在导师们的悉心指导下，几位同学勤奋研究、不懈努力，均取得了不错的科研成果。
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