Thermal conductance of suspended nanoribbons : interplay between strain and interatomic potential nonlinearity

Abstract

Investigamos el papel que tiene la no linealidad en el potencial interatómico en la conductancia térmica de una nanocinta suspendida cuando se somete a una tensión longitudinal. Para centrarnos en los primeros términos no lineales cúbicos y cuárticos de un potencial general, proponemos un sistema atómico basado en una interacción del vecino más cercano ?–? Fermi–Pasta–Ulam. Realizamos simulaciones de dinámica molecular clásica para investigar la contribución de los modos longitudinal, transversal y de flexión a la conductancia térmica en función de los parámetros ? – ? y la tensión aplicada. Comparamos los casos en los que a los átomos se les permite vibrar sólo en el plano (2D) con el caso de vibraciones dentro y fuera del plano (3D). Encontramos que la dependencia de la conductancia en ? y ? se basa en un fenómeno de cruce entre los modos de flexión y transversal lineales/no lineales deslocalizados/localizados, impulsado por un interruptor de encendido/apagado de la tensión.

We investigate the role that nonlinearity in the interatomic potential has on the thermal conductance of a suspended nanoribbon when it is subjected to a longitudinal strain. To focus on the first cubic and quartic nonlinear terms of a general potential, we propose an atomic system based on an ?–? Fermi–Pasta–Ulam nearest neighbor interaction. We perform classical molecular dynamics simulations to investigate the contribution of longitudinal, transversal and flexural modes to the thermal conductance as a function of the ?–? parameters and the applied strain. We compare the cases where atoms are allowed to vibrate only in plane (2D) with the case of vibrations in and out of plane (3D). We find that the dependence of conductance on ? and ? relies on a crossover phenomenon between linear/ nonlinear delocalized/localized flexural and transversal modes, driven by an on/off switch of the strain.

Investigamos o papel que a não linearidade no potencial interatômico tem na condutância térmica de uma nanofita suspensa quando ela é submetida a uma deformação longitudinal. Para focar nos primeiros termos não lineares cúbicos e quárticos de um potencial geral, propomos um sistema atômico baseado em uma interação de vizinho mais próximo ? – ? Fermi – Pasta – Ulam. Realizamos simulações clássicas de dinâmica molecular para investigar a contribuição dos modos longitudinal, transversal e flexural para a condutância térmica em função dos parâmetros ?-? e da deformação aplicada. Comparamos os casos em que os átomos podem vibrar apenas no plano (2D) com o caso de vibrações dentro e fora do plano (3D). Descobrimos que a dependência da condutância em ? e ? depende de um fenômeno de cruzamento entre os modos flexural e transversal linear / não linear deslocalizado / localizado e transversal, acionado por um interruptor liga / desliga da deformação.