计算无序材料热导率的高效线性标度方法
介观与纳米尺度物理
2015-05-20 v1 材料科学
摘要
我们开发了一种高效的阶-N实空间Kubo方法，用于计算复杂无序材料的热导率。该方法基于时间演化算子的切比雪夫多项式展开和Lanczos三对角化方案，能有效处理声子波包在实空间中的传播以及声子扩散系数。平均自由程和热导可以从扩散系数中确定。这些量可以同时为所有频率提取，这是与基于格林函数的方法相比的另一个优势。此外，可以通过扩散系数随时间的变化深入追踪扩散区内的多重散射现象，并且可能揭示低温下热绝缘体中弱或强声子局域化的开始。通过将同位素无序碳纳米管中计算得到的声子平均自由程与Landauer模拟和分析结果进行比较，证明了我们计算方案的准确性。然后，通过探索宽度约为20纳米、长度长达一微米的边缘无序石墨烯纳米带的声子平均自由程和热导特征，说明了该方法的上扩能力，这些尺寸超出了其他数值技术的范围。结果表明，在低温下主导热导的频率范围内，扶手椅型纳米带的声子平均自由程小于锯齿型纳米带。这种计算策略适用于更高维系统以及多种材料。
引用
@article{arxiv.1011.1116,
title = {Efficient linear scaling method for computing the thermal conductivity of disordered materials},
author = {Wu Li and Haldun Sevincli and Stephan Roche and Gianaurelio Cuniberti},
journal= {arXiv preprint arXiv:1011.1116},
year = {2015}
}