Modeling quasi-ballistic transient thermal transport with spatially sinusoidal heating: A McKelvey-Shockley flux approach
Notice bibliographique
Résumé
Ballistic phonon effects, arising on length scales comparable to the mean-free-path, result in non-diffusive heat flow and alter the thermal properties of materials. Simple theoretical models that accurately capture non-diffusive transport physics are valuable for experimental analysis, technology design, and providing physical insight. In this work, we utilize and extend the McKelvey-Shockley (McK-S) flux method, a simple and accurate framework, to investigate ballistic effects in transient phonon transport submitted to a spatially sinusoidal heating profile, simulating a transient thermal grating. We begin by extending a previous McK-S formulation to include inelastic scattering, then obtain an analytical solution in the single phonon energy case (gray approximation), and after show how this approach can readily support a full phonon dispersion and mean-free-path distribution. The results agree with experimental data and compare very well to solutions of the phonon Boltzmann transport equation in the diffusive and weakly quasi-ballistic transport regimes. We discuss the role of ballistic and non-equilibrium physics, and show that inelastic scattering is key to retrieving the heat equation solution in the diffusive limit. Overall the McK-S flux method, which takes the form of a diffusion-like equation, proves to be a simple and accurate framework that is applicable from the ballistic to diffusive transport regime.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».