二维声子晶体色散关系的大尺度晶格动力学计算 - 东南大学学报.pdfVIP

第４７卷第３期 东南大学学报（自然科 学版 ） Ｖｏｌ．４７ Ｎｏ．３ 　 ２０１７年５月 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＯＵＴＨＥＡＳＴＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ） 　 Ｍａｙ２０１７ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－０５０５．２０１７．０３．０１４ 二维声子晶体色散关系的大尺度晶格动力学计算 魏志勇　 蒋永强　 毕可东　 杨决宽　 陈云飞 （东南大学机械工程学院，南京２１１１８９） （东南大学江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室，南京２１１１８９） 摘要：提出了一种计算大尺度原胞的晶格动力学方法，对光滑硅薄膜的声子色散关系进行了检 验．在不考虑声子区域折叠效应的条件下，通过比较超原胞和单原胞模型计算的声子色散关系， 证实了所提方法的正确性．运用该方法研究了二维孔状硅声子晶体的色散关系．进一步研究了硅 声子晶体色散关系与气孔率和膜厚的关系，结果发现，与相同厚度的光滑硅薄膜相比，孔的存在 降低了三支声学的声子群速度；随着气孔率的增加，声子群速度快速降低；而增加薄膜厚度主要 增加了法向声子群速度． 关键词：声子晶体；晶格动力学；色散关系；群速度 中图分类号：Ｏ４８４．４　　文献标志码：Ａ　　文章编号：１００１－０５０５（２０１７）０３０４９５０５ Ｌａｒｇｅｓｃａｌｅｌａｔｔｉｃｅｄｙｎａｍｉｃｓｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒｐｈｏｎｏｎｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｔｗｏｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐｈｏｎｏｎｉｃｃｒｙｓｔａｌｓ ＷｅｉＺｈｉｙｏｎｇ　 ＪｉａｎｇＹｏｎｇｑｉａｎｇ　 ＢｉＫｅｄｏｎｇ　 ＹａｎｇＪｕｅｋｕａｎ　 ＣｈｅｎＹｕｎｆｅｉ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１１１８９，Ｃｈｉｎａ） （ＪｉａｎｇｓｕＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＤｅｓｉｇｎａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｅｏｆＭｉｃｒｏＮａｎｏＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１１１８９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｌａｔｔｉｃｅｄｙｎａｍｉｃｓｔｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒｐｈｏｎｏｎｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｏｆｌａｒｇｅｓｃａｌｅｕｎｉｔｃｅｌｌｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｎｄｉｓｕｓｅｄｔｏｃｈｅｃｋｔｈｅｐｈｏｎｏｎｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｏｆｔｈｅｓｍｏｏｔｈｓｉｌｉｃｏｎｆｉｌｍ．Ｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆｔｈｅｐｈｏｎｏｎｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｕｐｅｒｕｎｉｔｃｅｌｌｍｏｄｅｌａｎｄｔｈｅｓｉｎｇｌｅｕｎｉｔｃｅｌｌｍｏｄｅｌｃｏｎｆｉｒｍｅｄ ｔｈｅｖａｌｉｄｉｔｙｏｆｔｈｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｗｉｔｈｏｕｔｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｚｏｎｅｆｏｌｄｉｎｇｅｆｆｅｃｔｓ．Ｔｈｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｗａｓｐｅｒ ｆｏｒｍｅｄｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｐｈｏｎｏｎｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｔｗｏｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐｏｒｏｕｓｓｉｌｉｃｏｎｐｈｏｎｏｎｉｃｃｒｙｓ ｔａｌｓ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｓｍｏｏｔｈｓｉｌｉｃｏｎｆｉｌｍｗｉｔｈｓａｍｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ｉｔｗａｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆ ｔｈｅｐｏｒｅｒｅｄｕｃｅｄｔｈｅｐｈｏｎｏｎｇｒｏｕｐｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｔｈｒｅｅａｃｏｕｓｔｉｃｐｈｏｎｏｎｂｒａｎｃｈｅｓ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｐｏ ｒｏｓｉｔｙａｎｄｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｔｈｅｓｉｌｉｃｏｎｐｈｏｎｏｎｉｃｃｒｙｓｔａｌｓｏｎｔｈｅｐｈｏｎｏｎｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｒｅｌａｔｉｏｎｗｅｒｅｆｕｒｔｈｅｒ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｐｈｏｎｏｎｇｒｏｕｐｖｅｌｏｃｉｔｙｆｏｒａｌｌｍｏｄｅｓｄｅｃｒｅａｓｅｓｓｈａｒｐｌｙｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｐｏｒｏｓｉｔ