Using molecular dynamics phonon wave packet simulations, we study phonon transmission across hexagonal (h)-BN and amorphous silica (a-SiO2) nanoscopic thin films sandwiched by two crystalline leads. Due to the phonon interference effect, the frequency-dependent phonon transmission coefficient in the case of the crystalline film (Si|h-BN|Al heterostructure) exhibits a strongly oscillatory behavior. In the case of the amorphous film (Si|a-SiO2|Al and Si|a-SiO2|Si heterostructures), in spite of structural disorder, the phonon transmission coefficient also exhibits oscillatory behavior at low frequencies (up to ∼1.2 THz), with a period of oscillation consistent with the prediction from the two-beam interference equation. Above 1.2 THz, however, the phonon interference effect is greatly weakened by the diffuse scattering of higher-frequency phonons within an a-SiO2 thin film and at the two interfaces confining the a-SiO2 thin film.

1.
M.
Maldovan
,
Nat. Mater.
14
,
667
(
2015
).
2.
M. N.
Luckyanova
,
J.
Garg
,
K.
Esfarjani
,
A.
Jandl
,
M. T.
Bulsara
,
A. J.
Schmidt
,
A. J.
Minnich
,
S.
Chen
,
M. S.
Dresselhaus
,
Z.
Ren
,
E. A.
Fitzgerald
, and
G.
Chen
,
Science
338
,
936
(
2012
).
3.
J.
Ravichandran
,
A. K.
Yadav
,
R.
Cheaito
,
P. B.
Rossen
,
A.
Soukiassian
,
S. J.
Suresha
,
J. C.
Duda
,
B. M.
Foley
,
C.-H.
Lee
,
Y.
Zhu
,
A. W.
Lichtenberger
,
J. E.
Moore
,
D. A.
Muller
,
D. G.
Schlom
,
P. E.
Hopkins
,
A.
Majumdar
,
R.
Ramesh
, and
M. A.
Zurbuchen
,
Nat. Mater.
13
,
168
(
2014
).
4.
M. V.
Simkin
and
G. D.
Mahan
,
Phys. Rev. Lett.
84
,
927
(
2000
).
5.
N.
Zen
,
T. A.
Puurtinen
,
T. J.
Isotalo
,
S.
Chaudhuri
, and
I. J.
Maasilta
,
Nat. Commun.
5
,
3435
(
2014
).
6.
M.
Maldovan
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
025902
(
2013
).
7.
L.
Hu
,
L.
Zhang
,
M.
Hu
,
J.-S.
Wang
,
B.
Li
, and
P.
Keblinski
,
Phys. Rev. B
81
,
235427
(
2010
).
8.
M.
Shen
and
P.
Keblinski
,
J. Appl. Phys.
115
,
144310
(
2014
).
9.
M.
Shen
,
P. K.
Schelling
, and
P.
Keblinski
,
Phys. Rev. B
88
,
045444
(
2013
).
10.
K.
Esfarjani
and
G.
Chen
,
Phys. Rev. B
84
,
085204
(
2011
).
11.
B. A.
Danilchenko
,
T.
Paszkiewicz
,
S.
Wolski
,
A.
Jeżowski
, and
T.
Plackowski
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
061901
(
2006
).
12.
H.
Zhang
,
X.
Chen
,
Y.-D.
Jho
, and
A. J.
Minnich
,
Nano Lett.
16
,
1643
(
2016
).
13.
M.
Trigo
,
A.
Bruchhausen
,
A.
Fainstein
,
B.
Jusserand
, and
V.
Thierry-Mieg
,
Phys. Rev. Lett.
89
,
227402
(
2002
).
14.
Y.
Ezzahri
,
S.
Grauby
,
J. M.
Rampnoux
,
H.
Michel
,
G.
Pernot
,
W.
Claeys
,
S.
Dilhaire
,
C.
Rossignol
,
G.
Zeng
, and
A.
Shakouri
,
Phys. Rev. B
75
,
195309
(
2007
).
15.
N. D.
Lanzillotti-Kimura
,
A.
Fainstein
,
B.
Jusserand
,
A.
Lemaitre
,
O.
Mauguin
, and
L.
Largeau
,
Phys. Rev. B
76
,
174301
(
2007
).
16.
B.-Y.
Nguyen
,
G.
Celler
, and
C.
Mazure
,
J. Integr. Circuit Syst.
4
,
51
(
2009
), available at http://www.sbmicro.org.br/jics/html/artigos/vol4no2/01.pdf.
17.
F.
Jolly
,
F.
Rochet
,
G.
Dufour
,
C.
Grupp
, and
A.
Taleb-Ibrahimi
,
J. Non-Cryst. Solids
280
,
150
(
2001
).
18.
G.
Ashutosh
,
J. L.
Braun
, and
P. E.
Hopkins
,
J. Appl. Phys.
119
,
235305
(
2016
).
19.
B.
Deng
,
A.
Chernatynskiy
,
M.
Khafizov
,
D. H.
Hurley
, and
S. R.
Phillpot
,
J. Appl. Phys.
115
,
084910
(
2014
).
20.
E.
Lampin
,
Q.-H.
Nguyen
,
P. A.
Francioso
, and
F.
Cleri
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
131906
(
2012
).
21.
Z.
Liang
and
P.
Keblinski
,
Phys. Rev. B
93
,
054205
(
2016
).
22.
G.
Baldi
,
V. M.
Giordano
,
G.
Monaco
, and
B.
Ruta
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
195501
(
2010
).
23.
A. F.
Ioffe
and
A. R.
Regel
,
Progress in Semiconductors
, edited by
A. F.
Gibson
,
F. A.
Kroger
, and
R. E.
Burgess
(
Heywood
,
London
,
1960
), Vol. 4, p.
237
.
24.
S.
John
,
H.
Sompolinsky
, and
M. J.
Stephen
,
Phys. Rev. B
27
,
5592
(
1983
).
25.
P. B.
Allen
,
J. L.
Feldman
,
J.
Fabian
, and
F.
Wooten
,
Phil. Mag. B
79
,
1715
(
1999
).
26.
M.
Foret
,
E.
Courtens
,
R.
Vacher
, and
J.-B.
Suck
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
3831
(
1996
).
27.
E. T.
Swartz
and
R. O.
Pohl
,
Rev. Mod. Phys.
61
,
605
(
1989
).
28.
D. H.
Hurley
,
M.
Khafizov
, and
S. L.
Shinde
,
J. Appl. Phys.
109
,
083504
(
2011
).
29.
S.
Munetoh
,
T.
Motooka
,
K.
Moriguchi
, and
A.
Shintani
,
Comput. Mater. Sci.
39
,
334
(
2007
).
30.
J.
Tersoff
,
Phys. Rev. B
38
,
9902
(
1988
).
31.
K. W.
Jacobsen
,
J. K.
Norskov
, and
M. J.
Puska
,
Phys. Rev. B
35
,
7423
(
1987
).
32.
V.
Verma
,
V. K.
Jindal
, and
K.
Dharamvir
,
Nanotechnology
18
,
435711
(
2007
).
33.
I.
Nikiforov
,
D.-M.
Tang
,
X.
Wei
,
T.
Dumitricǎ
, and
D.
Golberg
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
025504
(
2012
).
34.
S. L.
Rumyantsev
,
M. E.
Levinshtein
,
A. D.
Jackson
,
S. N.
Mohammmad
,
G. L.
Harris
,
M. G.
Spencer
, and
M. S.
Shur
,
Properties of Advanced Semiconductor Materials GaN, AlN, InN, BN, SiC, SiGe
, edited by
M. E.
Levinshtein
,
S. L.
Rumyantsev
, and
M. S.
Shur
(
John Wiley & Sons, Inc.
,
New York
,
2001
).
35.
A. V.
Krasheninnikov
,
N.
Berseneva
,
D. G.
Kvashnin
,
J.
Enkovaara
,
T.
Bjorkman
,
P.
Sorokin
,
D.
Shtansky
,
R. M.
Nieminen
, and
D.
Golberg
,
J. Phys. Chem. C
118
,
26894
(
2014
).
36.
M.
O'Keefe
and
N. E.
Brese
,
J. Am. Chem. Soc.
113
,
3226
(
1991
).
37.
C.
Hua
,
X.
Chen
,
N. K.
Ravichandran
, and
A. J.
Minnich
, e-print arXiv:1509.07806.
38.
D.
Frenkel
and
B.
Smit
,
Understanding Molecular Simulation
(
Academic Press
,
San Diego
,
2002
).
39.
P. K.
Schelling
,
S. R.
Phillpot
, and
P.
Keblinski
,
App. Phys. Lett.
80
,
2484
(
2002
).
40.
Z.
Liang
and
P.
Keblinski
,
Phys. Rev. B
90
,
075411
(
2014
).
41.
P. K.
Schelling
,
S. R.
Phillpot
, and
P.
Keblinski
,
J. Appl. Phys.
95
,
6082
(
2004
).
42.
G.
Dolling
,
Inelastic Scattering Neutrons in Solids and Liquids
(
International Atomic Energy Agency, Unesco
,
1963
), p.
37
.
43.
R.
Stedman
and
G.
Nilsson
,
Phys. Rev.
145
,
492
(
1966
).
44.
V. N.
Popov
,
Phys. Rev. B
67
,
085408
(
2003
).
45.
P.
Benassi
,
M.
Krisch
,
C.
Masciovecchio
,
V.
Mazzacurati
,
G.
Monaco
,
G.
Ruocco
,
F.
Sette
, and
R.
Verbeni
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
3835
(
1996
).
46.
F.
Terki
,
C.
Levelut
,
M.
Boissier
, and
J.
Pelous
,
Phys. Rev. B
53
,
2411
(
1996
).
47.
L. F.
Zhang
,
P.
Keblinski
,
J. S.
Wang
, and
B. W.
Li
,
Phys. Rev. B
83
,
064303
(
2011
).
48.
B.
Qi
,
G. R.
Pickrell
,
J.
Xu
,
P.
Zhang
,
Y.
Duan
,
W.
Peng
,
Z.
Huang
,
W.
Huo
,
H.
Xiao
,
R. G.
May
, and
A.
Wang
,
Opt. Eng.
42
,
3165
(
2003
).
You do not currently have access to this content.