多维玻尔兹曼输运方程的解析绿's函数：用于模型水动力学第二声的数学推导
材料科学
2025-01-08 v2
摘要
当声子-声子相互作用以动量守恒为主时，可通过热脉冲产生水动力学第二声，温度场的传播方式从扩散式转为波动式。尽管玻尔兹曼输运方程（BTE）已被广泛应用于研究声子动力学和热力学传输，但在水动力学传输范式下的建模仍具有挑战性。广泛使用的松弛时间近似（RTA）将所有声子相互作用都视为阻性过程，而不考虑动量守恒，导致声子水动力学的缺失。对BTE进行严格求解需要对完整散射矩阵进行逆运算，但这在计算上极其昂贵，仅限于模型一种维度的温度变化。本文提出了一种解析绿's函数形式，用于求解多维玻尔兹曼输运方程（BTE），该形式基于从第一性原理计算得到的声子属性。该形式涉及Callaway散射近似，其中包含分别用于动量守恒和动量消耗散射事件的松弛时间。绿's函数能够捕捉声子在广泛温度、空间和时间尺度上的动力学，并成功再现了从球性、水动力学到扩散传输范式的转变。该方法避免了大型散射矩阵的计算密集型反演，在预测不同几何条件下超快泵-探针表征中的温度振荡方面表现良好。
引用
@article{arxiv.2410.20146,
title = {Analytical Green's Function of Multidimensional Boltzmann Transport Equation for Modeling Hydrodynamic Second Sound},
author = {Xin Qian and Chuang Zhang and Te-Huan Liu and Ronggui Yang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.20146},
year = {2025}
}