晶体与无序固体中热输运的高效非谐晶格动力学计算

理解半导体和绝缘体中的热输运具有根本重要性，因其在电子学以及可再生能源收集与转换方面的技术影响。非谐晶格动力学为描述纳米尺度热输运提供了强有力的框架。该方法的一个优势是它自然包含了源于原子振动的量子效应，这对于计算纳米技术中广泛使用的半导体（如硅和碳）的热性质是必需的，即便在室温下也是如此。尽管从微观角度看非晶与晶体半导体中的热输运图景存在显著差异，但已设计出模拟晶体与玻璃的统一方法。在此我们引入一个统一工作流，其实现了玻尔兹曼输运方程（BTE）与准谐波格林-库博（QHGK）方法。我们讨论了如何优化该理论以利用现代并行架构，以及它如何在 $\kappa ALDo$ 中实现：一个用于计算固体中声子输运的多功能可扩展开源软件。该方法被应用于晶体和部分无序的硅基体系，包括体硅与笼合物，以及热导率大幅降低的硅-锗合金笼合物。