任意多体势分子动力学中的精确热流公式及其谱分解
材料科学
2025-12-10 v2
摘要
在本研究中，我们推导了一个精确的框架，用于在任意多体势的分子动力学（MD）中计算热流及其谱分解。这项工作解决了先前方法的若干不足和局限性，并允许使用分子动力学对各种多体系统中的热学性质进行精确的计算研究。我们以Tersoff和Stillinger-Weber势为例，通过对各种二维和三维材料系统进行Green-Kubo（GK）和非平衡分子动力学（NEMD）模拟，测试了我们的改进。我们还计算了单层石墨烯（1LG）和二硫化钼（MoS2）在不同系统长度下的热流谱分解。我们的结果表明，通过我们的方法计算的热流始终与非平衡分子动力学中的恒温器电流一致，而先前的实现可能在GK和NEMD模拟下，对二维和三维材料的热导率估计都相当差。热流的分解也揭示了不同声子模式对热导率的贡献及其对长度的依赖性。我们的方法已在广泛使用的LAMMPS代码中针对Tersoff和SW势实现，并且它可立即适用于绝大多数多体分子动力学势。
引用
@article{arxiv.2509.26044,
title = {Exact heat flux formula and its spectral decomposition in molecular dynamics for arbitrary many-body potentials},
author = {Markos Poulos and Donatas Surblys and Konstantinos Termentzidis},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.26044},
year = {2025}
}