【摘 要】
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近年来,随着电子信息产业对微型化和智能化的需求日益迫切,微纳尺度热管理越来越受到研究者的重视。研究发现,在微纳尺度下,辐射传热由倏逝波主导,其能量原则上不受波矢限制,辐射换热量可以远超黑体辐射极限。而且,由于光子传输速率远高于电子传输速率,通过对近场辐射的调控可实现纳米尺度超高速的信息处理。因此,近场辐射传热逐渐被认为是一种用于提高微型能源系统的能量利用效率,以及对微电子器件进行热管理的有效方法。
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近年来,随着电子信息产业对微型化和智能化的需求日益迫切,微纳尺度热管理越来越受到研究者的重视。研究发现,在微纳尺度下,辐射传热由倏逝波主导,其能量原则上不受波矢限制,辐射换热量可以远超黑体辐射极限。而且,由于光子传输速率远高于电子传输速率,通过对近场辐射的调控可实现纳米尺度超高速的信息处理。因此,近场辐射传热逐渐被认为是一种用于提高微型能源系统的能量利用效率,以及对微电子器件进行热管理的有效方法。本文由此出发,研究了多层磁光材料间近场辐射传热的调控,从理论上探讨了外部垂直磁场对多层磁光超材料中表面波和双曲模式的影响,并对影响传热的相关因素进行了具体分析,实现了以较低的磁场对近场辐射传热的高效调节。首先,借助光电导率和介电函数张量分析了磁场对石墨烯和锑化铟电磁特性的影响,并给出磁场调控近场辐射的方式。根据波动电动力学和涨落耗散理论,分析了多层各向异性介质中的电磁场分布,并利用散射矩阵方法,建立了相邻两层介质的电磁场关系。由此得到了在外加垂直磁场下两组多层各向异性结构间近场辐射传热的计算方法。其次,设计了一种石墨烯-二氧化硅构成的单磁光多层超材料,计算了外部垂直磁场下两组多层结构之间的近场辐射热流。通过光谱热流、穿透系数、归一化的热流以及相对热磁阻率,分析了垂直磁场对多层超材料间近场辐射传热的影响。结果表明,当μ=0.05 e V时,磁场B=7 T情况下的相对于零场的相对热磁阻率高达78.23%,这意味着此时磁场对近场辐射传热的削弱十分明显;而对于较高的化学势（μ=0.3 e V）,相对热磁阻率是几乎不受磁场的影响。最后,在单磁光多层超材料的基础上,设计了一种由石墨烯和锑化铟两种磁光材料组成的多层超材料,分析了不同磁场和石墨烯的化学势对双磁光多层超材料间近场辐射传热的耦合作用。结果表明,当B=1 T时,μ=0.5 e V和0.7 e V的辐射热流分别是零磁场的1.68倍和2.86倍;而当B=7 T时,μ=0.05 eV和0.1 eV的辐射热流分别比零场降低45.2%和24.6%。从而,磁场和化学势的结合表现出良好的调制性能。
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