Кванты погонной теплоемкости и погонной тепловой индуктивности в наномасштабных теплопроводах

Актуальность и цели. Пространственная локализация фононного газа в пределах наноленты или нанотрубки, подобно локализации газа свободных носителей заряда, должна вызывать квантование тепловых характеристик нанотеплопровода, равно как имеет место кантование электрических характеристик в нанопроводниках электрического тока. Известен универсальный квант теплопроводности и обратный ему квант теплового сопротивления, аналогичный сопротивлению фон Клитцинга. Известны также кванты погонной емкости и погонной индуктивности. В связи с этим возникает актуальная задача поиска их тепловых аналогов, тем более, что теплоемкость известна, а тепловая индуктивность недавно обнаружена. Целью настоящей работы является решение данной задачи. Материалы и методы. Объектами исследования являются теплопроводы в виде нанолент и нанотрубок баллистической длины с поперечными размерами, не превышающими 100 нм, из гексагонального нитрида бора, являющегося диэлектриком. Это позволяет исключить из тепловых эффектов вклад электронов и ограничиться анализом лишь фононных эффектов. В работе использовались известные методы квантовой физики, физики твердого тела, кристаллофизики и квантовой теории явлений переноса. Результаты. Получены явные выражения для квантов погонной теплоемкости и погонной тепловой индуктивности, а также числа фононных каналов баллистической теплопроводности в наномасштабных двумерных теплопроводах. Показано, что на основе таких теплопроводов могут быть созданы резонаторы температурных волн терагерцового диапазона частот. Выводы. Показана возможность существования квантов погонной теплоемкости и погонной тепловой индуктивности в нанолентах и нанотрубках из гексагонального нитрида бора и получены описывающие их выражения. Показано, что в случае малого коэффициента термоупругого взаимодействия в указанных выше наномасштабных теплопроводах могут независимо друг от друга возбуждаться как упругие, так и температурные бегущие и стоячие волны.