Direct measurements of surface scattering in Si nanosheets using a microscale phonon spectrometer: Implications for casimir-limit predicted by ziman Theory

Nano Letters

Volumn 14, Issue 2, 2014, Pages 403-415

  Hertzberg, Jared B ^a,c   Aksit, Mahmut ^a   Otelaja, Obafemi O ^a   Stewart, Derek A ^a,b   Robinson, Richard D ^a  

^a Cornell University   (United States)

^b Department of Theoretical and Applied Mechanics and the Cornell Nanofabrication Facility   (United States)

^c UNIVERSITY OF MARYLAND   (United States)

Author keywords

Casimir limit; Phonon spectrometer; phonon surface scattering; silicon nanosheets; superconducting tunnel junction; surface roughness

Indexed keywords

EID: 84894143529     PISSN: 15306984     EISSN: 15306992     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/nl402701a     Document Type: Article

References (78)

1. Hochbaum, A. I.; Chen, R. K.; Delgado, R. D.; Liang, W. J.; Garnett, E. C.; Najarian, M.; Majumdar, A.; Yang, P. D. Nature 2008, 451 (7175) 163-167
2. Chen, R.; Hochbaum, A. I.; Murphy, P.; Moore, J.; Yang, P. D.; Majumdar, A. Phys. Rev. Lett. 2008, 101 (10) 105501
3. Heron, J. S.; Fournier, T.; Mingo, N.; Bourgeois, O. Nano Lett. 2009, 9 (5) 1861-1865
4. Yu, J.-K.; Mitrovic, S.; Tham, D.; Varghese, J.; Heath, J. R. Nat. Nanotechnol. 2010, 5 (10) 718-721
5. Heron, J.-S.; Bera, C.; Fournier, T.; Mingo, N.; Bourgeois, O. Phys. Rev. B 2010, 82 (15) 155458
6. Hippalgaonkar, K.; Huang, B. L.; Chen, R. K.; Sawyer, K.; Ercius, P.; Majumdar, A. Nano Lett. 2010, 10 (11) 4341-4348
7. Lim, J. W.; Hippalgaonkar, K.; Andrews, S. C.; Majumdar, A.; Yang, P. D. Nano Lett. 2012, 12 (5) 2475-2482
8. Seol, J. H.; Jo, I.; Moore, A. L.; Lindsay, L.; Aitken, Z. H.; Pettes, M. T.; Li, X. S.; Yao, Z.; Huang, R.; Broido, D.; Mingo, N.; Ruoff, R. S.; Shi, L. Science 2010, 328 (5975) 213-216
9. Broido, D. A.; Malorny, M.; Birner, G.; Mingo, N.; Stewart, D. A. Appl. Phys. Lett. 2007, 91 (23) 231922
10. Ward, A.; Broido, D. A.; Stewart, D. A.; Deinzer, G. Phys. Rev. B 2009, 80 (12) 125203
11. Esfarjani, K.; Chen, G.; Stokes, H. T. Phys. Rev. B 2011, 84 (8) 085204
12. Zou, J.; Balandin, A. J. Appl. Phys. 2001, 89 (5) 2932-2938
13. Maris, H. J.; Tamura, S. Phys. Rev. B 2012, 85 (5) 054304
14. Yang, N.; Xu, X. F.; Zhang, G.; Li, B. W. AIP Adv. 2012, 2 (4) 041410
15. Moore, A. L.; Saha, S. K.; Prasher, R. S.; Shi, L. Appl. Phys. Lett. 2008, 93 (8) 083112
16. McGaughey, A. J. H.; Jain, A. Appl. Phys. Lett. 2012, 100 (6) 061911
17. Maznev, A. A. J. Appl. Phys. 2013, 113 (11) 113511
18. Chen, G. Nanoscale Energy Transport and Conversion: a Parallel Treatment of Electrons, Molecules, Phonons, and Photons; Oxford University Press: New York, 2005.
19. Casimir, H. B. G. Physica 1938, 5 (6) 495-500
20. Fuchs, K. Math. Proc. Cambridge 1938, 34, 100-108
21. Ziman, J. M. Electrons and Phonons; The Theory of Transport Phenomena in Solids; Clarendon Press: Oxford, 1960.
22. Klitsner, T.; Vancleve, J. E.; Fischer, H. E.; Pohl, R. O. Phys. Rev. B 1988, 38 (11) 7576-7594
23. Soffer, S. B. J. Appl. Phys. 1967, 38 (4) 1710
24. Zhang, Z. M., Nano/Microscale Heat Transfer. McGraw-Hill: New York, 2007.
25. Lee, H. J.; Jin, J. S.; Lee, B. J. J. Appl. Phys. 2012, 112 (6) 063513
26. Cuffe, J.; Ristow, O.; Chavez, E.; Shchepetov, A.; Chapuis, P. O.; Alzina, F.; Hettich, M.; Prunnila, M.; Ahopelto, J.; Dekorsy, T.; Torres, C. M. S. Phys. Rev. Lett. 2013, 110 (9) 095503
27. Fon, W.; Schwab, K. C.; Worlock, J. M.; Roukes, M. L. Phys. Rev. B 2002, 66 (4) 045302
28. Wang, Z. J.; Alaniz, J. E.; Jang, W. Y.; Garay, J. E.; Dames, C. Nano Lett. 2011, 11 (6) 2206-2213
29. Hoevers, H. F. C.; Ridder, M. L.; Germeau, A.; Bruijn, M. P.; de Korte, P. A. J.; Wiegerink, R. J. Appl. Phys. Lett. 2005, 86 (25) 251903
30. Yefremenko, V.; Wang, G. S.; Novosad, V.; Datesman, A. M.; Pearson, J. E.; Divan, R.; Chang, C. L.; Downes, T. P.; McMahon, J.; Bleem, L.; Crites, A. T.; Meyer, S. S.; Carlstrom, J. E. IEEE Trans. Appl. Supercond. 2009, 19 (3) 489-492
31. Mingo, N. Phys. Rev. B 2003, 68 (11) 113308
32. Kazan, M.; Guisbiers, G.; Pereira, S.; Correia, M. R.; Masri, P.; Bruyant, A.; Volz, S.; Royer, P. J. Appl. Phys. 2010, 107 (8) 083503
33. Lacroix, D.; Joulain, K.; Terris, D.; Lemonnier, D. Appl. Phys. Lett. 2006, 89 (10) 103104
34. Chen, Y. F.; Li, D. Y.; Lukes, J. R.; Majumdar, A. J. Heat Transfer 2005, 127 (10) 1129-1137
35. Shi, L. Nanoscale Microscale Thermophys. Eng 2012, 16 (2) 79-116
36. Cahill, D. G.; Ford, W. K.; Goodson, K. E.; Mahan, G. D.; Majumdar, A.; Maris, H. J.; Merlin, R.; Phillpot, S. R. J. Appl. Phys. 2003, 93 (2) 793-818
37. Klitsner, T.; Pohl, R. O. Phys. Rev. B 1987, 36 (12) 6551-6565
38. Minnich, A. J.; Johnson, J. A.; Schmidt, A. J.; Esfarjani, K.; Dresselhaus, M. S.; Nelson, K. A.; Chen, G. Phys. Rev. Lett. 2011, 107 (9) 095901
39. Regner, K. T.; Sellan, D. P.; Su, Z. H.; Amon, C. H.; McGaughey, A. J. H.; Malen, J. A. Nat. Commun. 2013, 4, 1640
40. Johnson, J. A.; Maznev, A. A.; Cuffe, J.; Eliason, J. K.; Minnich, A. J.; Kehoe, T.; Torres, C. M. S.; Chen, G.; Nelson, K. A. Phys. Rev. Lett. 2013, 110 (2) 025901
41. Kent, A. J.; Stanton, N. M.; Challis, L. J.; Henini, M. Appl. Phys. Lett. 2002, 81 (18) 3497-3499
42. Otelaja, O. O.; Hertzberg, J. B.; Aksit, M.; Robinson, R. D. New J. Phys. 2013, 15, 43018
43. Boukai, A. I.; Bunimovich, Y.; Tahir-Kheli, J.; Yu, J. K.; Goddard, W. A.; Heath, J. R. Nature 2008, 451 (7175) 168-171
44. Aksit, M.; Toledo, D. P.; Robinson, R. D. J. Mater. Chem. 2012, 22 (13) 5936-5944
45. Coleman, J. N.; Lotya, M.; O'Neill, A.; Bergin, S. D.; King, P. J.; Khan, U.; Young, K.; Gaucher, A.; De, S.; Smith, R. J.; Shvets, I. V.; Arora, S. K.; Stanton, G.; Kim, H.-Y.; Lee, K.; Kim, G. T.; Duesberg, G. S.; Hallam, T.; Boland, J. J.; Wang, J. J.; Donegan, J. F.; Grunlan, J. C.; Moriarty, G.; Shmeliov, A.; Nicholls, R. J.; Perkins, J. M.; Grieveson, E. M.; Theuwissen, K.; McComb, D. W.; Nellist, P. D.; Nicolosi, V. Science 2011, 331 (6017) 568-571
46. Aksit, M.; Hoselton, B. C.; Kim, H. J.; Ha, D.-H.; Robinson, R. D. ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5 (18) 8998-9007
47. Kinder, H. Phys. Rev. Lett. 1972, 28 (24) 1564-1567
48. Hertzberg, J. B.; Otelaja, O. O.; Yoshida, N. J.; Robinson, R. D. Rev. Sci. Instrum. 2011, 82 (10) 104905
49. Eisenmenger, W. Superconducting Tunnel Junctions as Phonon Generators and Detectors. In Physical Acoustics-Principles and Methods; Mason, W. P.; Thurston, R. N., Eds.; Academic Press: New York, 1976; Vol. XII, pp 79-153.
50. Koblinger, O.; Mebert, J.; Dittrich, E.; Dottinger, S.; Eisenmenger, W.; Santos, P. V.; Ley, L. Phys. Rev. B 1987, 35 (17) 9372-9375
51. Eisenmenger, W.; Dayem, A. H. Phys. Rev. Lett. 1967, 18 (4) 125-127
52. Wybourne, M. N.; Wigmore, J. K. Rep. Prog. Phys. 1988, 51 (7) 923-987
53. Kinder, H. Z. Phys. 1973, 262 (4) 295-314
54. Welte, M.; Lassmann, K.; Eisenmenger, W. J. Phys., Colloq. 1972, 33 (C4) 25-27
55. Tamura, S.; Shields, J. A.; Wolfe, J. P. Phys. Rev. B 1991, 44 (7) 3001-3011
56. Kaplan, S. B. J. Low Temp. Phys. 1979, 37 (3-4) 343-365
57. Kaplan, S. B.; Chi, C. C.; Langenberg, D. N.; Chang, J. J.; Jafarey, S.; Scalapino, D. J. Phys. Rev. B 1976, 14 (11) 4854-4873
58. Ju, Y. S.; Goodson, K. E. Appl. Phys. Lett. 1999, 74 (20) 3005-3007
59. McCurdy, A. K.; Maris, H. J.; Elbaum, C. Phys. Rev. B 1970, 2 (10) 4077-4083
60. Tamura, S. Phys. Rev. B 1985, 31 (4) 2574-2577
61. Hopkins, P. E.; Phinney, L. M.; Serrano, J. R.; Beechem, T. E. Phys. Rev. B 2010, 82 (8) 085307
62. Trumpp, H. J.; Eisenmenger, W. Z. Phys. B 1977, 28 (3) 159-171
63. Welte, M.; Eisenmenger, W. Z. Phys. B 1981, 41 (4) 301-313
64. Taylor, B.; Maris, H. J.; Elbaum, C. Phys. Rev. Lett. 1969, 23 (8) 416-419
65. Wolfe, J. P. Imaging Phonons: Acoustic Wave Propagation in Solids; Cambridge University Press: New York, 1998.
66. Maris, H. J. J. Acoust. Soc. Am. 1971, 50 (3) 812-818
67. Jakata, K. Spatial Dispersion in Phonon Focusing. Master's Thesis, University of the Witwatersrand, Johannesburg, 2007.
68. Jakata, K.; Every, A. G. Phys. Rev. B 2008, 77 (17) 174301
69. Blanc, C.; Rajabpour, A.; Volz, S.; Fournier, T.; Bourgeois, O. Appl. Phys. Lett. 2013, 103 (4) 043109
70. Li, W.; Mingo, N. J. Appl. Phys. 2013, 114 (5) 054307
71. Wang, Z.; Mingo, N. Appl. Phys. Lett. 2011, 99 (10) 101903
72. st ed.; Cambridge University Press: Cambridge, 2005.
73. Dejong, M. J. M. Phys. Rev. B 1994, 49 (11) 7778-7781
74. Wang, J. A.; Wang, J. S. Appl. Phys. Lett. 2006, 88 (11) 111909
75. Schwab, K.; Henriksen, E. A.; Worlock, J. M.; Roukes, M. L. Nature 2000, 404 (6781) 974-977
76. Aksamija, Z.; Knezevic, I. Phys. Rev. B 2010, 82 (4) 045319
77. He, Y. P.; Galli, G. Phys. Rev. Lett. 2012, 108 (21) 215901
78. Carrete, J.; Gallego, L. J.; Varela, L. M.; Mingo, N. Phys. Rev. B 2011, 84 (7) 075403