基于质心分子动力学的热导率中的核量子效应

我们证明质心分子动力学（CMD）方法为计算诸如仲氢这类量子力学液体的热扩散率 $a=\lambda/\rho c_{\rm V}$ 提供了一种现实途径。一旦算出 $a$，热导率便可由 $\lambda=\rho c_{\rm V}a$ 得到，其中 $\rho$ 为液体密度，$c_{\rm V}$ 为定容热容。使用该公式需要准确的量子力学热容 $c_{\rm V}$，它可通过路径积分分子动力学模拟获得。热扩散率既可由液体中平衡密度涨落的衰减算出，也可借助 Green-Kubo 关系计算 $\lambda$ 的 CMD 近似，再除以相应的 $\rho c_{\rm V}$ 近似得到。我们证明两种方法对液仲氢给出相同结果，且与宽温区内热导率的实验测量吻合良好。特别是，它们正确预测了低温下热导率的下降——这一效应源于量子力学热容的降低，此前的仲氢模拟未能捕捉。我们还表明，该方法对常液氦热导率的实验测量同样给出良好吻合。