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Previous issue date: 2016-02-23 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nesta tese estudamos a estrutura de bandas de fônons e a condutividade térmica de cristais
fonônicos em temperaturas sub-Kelvin. O espectro fonônico de baixas frequências (até dezenas
de GHz) foi obtido da solução da equação de onda generalizada através do método de Expansão
em Ondas Planas. Os resultados para estruturas com periodicidade bidimensional da ordem de
mícrons apresentam band gaps e faixas estreitas de transmissão. Este comportamento é interessante
para o controle de vibrações mecânicas como em um filtro de frequências operando
na frequência de GHz. A densidade de estados foi calculada com o objetivo de estudar problemas
de transporte envolvendo materiais fonônicos. Além disso, calculamos a condutividade
térmica cumulativa no regime de temperaturas de sub-Kelvin em micro cristais fonônicos visando
possíveis aplicações em materiais termoelétricos. Esses cálculos se baseiam na teoria de
transporte de Boltzmann a baixas temperaturas a fim de enfatizar o papel dos fônons de baixa
frequência e negligenciar o espalhamento fônon-fônon. Em acordo com resultados recentes
na literatura, mostramos que a condutividade térmica cumulativa das estruturas fonônicas cai
acentuadamente em relação a suas matrizes (bulk). Dependendo da estrutura esta redução pode
ser atribuída à velocidade de grupo dos fônons, à densidade de estados ou à presença de band
gaps completos. / In this thesis we have studied the phononic band structure and the thermal conductivity of
phononic crystals at sub-Kelvin temperatures. The low-frequency phonon spectra (up to tens of
GHz) were obtained by solving the generalized wave equation with the Plane Wave Expansion
method. The results for structures with two dimensional periodicity of the order of micrometers
show the presence of GHz band gaps and narrow pass band. Such behavior is suitable for mechanical
vibrations management like a GHz transversal phononic band pass filter. The phonon
density of states was calculated aiming the study in transport problems involving phononic
materials. Moreover, we have calculated the cumulative thermal conductivity at sub-Kelvin
temperature regime of micro-phononic crystals aiming possible applications in thermoelectrics
materials. The calculations were based in Boltzmann transport theory at low temperatures in
order to highlight the role of low-frequency thermal phonons and to neglect phonon-phonon
scattering. In accordance with recent results in the literature, our findings show that the cumulative
thermal conductivity of the phononic crystals drops dramatically when compared with
their bulk counterpart. Depending on the structural composition this reduction may be attributed
to the phonon group velocity, the density of states or the presence of complete band gaps.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:hermes.cpd.ufjf.br:ufjf/1769 |
| Date | 23 February 2016 |
| Creators | Gonçalves, Alison Arantes |
| Contributors | Anjos, Virgílio de Carvalho dos, Campoy, Juan Carlos Paredes, Alves, Horacio Wagner Leite, Makler, Sergio Saul, Dantas, Socrates de Oliveira |
| Publisher | Universidade Federal de Juiz de Fora, Programa de Pós-graduação em Física, UFJF, Brasil, ICE – Instituto de Ciências Exatas |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFJF, instname:Universidade Federal de Juiz de Fora, instacron:UFJF |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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