基于准连续近似的微扰理论晶格热导率模型的定量评估
材料科学
2022-06-15 v1 统计力学
摘要
在晶格动力学的谐振近似-微扰理论框架下，评估了色散关系、各向异性和布里渊区结构对固有声子散射率的影响。考虑了各向异性的非线性弹性连续介质，其具有不同层次的声子色散和布里渊区形状表示，并以Grüneisen参数作为晶体非谐性的平均度量。此外，比较了处理声子碰撞算符非对角元的不同模型的热导率预测。对于一个各向异性比较高的模型系统氩，结果表明考虑各向异性对于准确确定三声子散射的可用相空间和散射率至关重要。而且，发现各向同性连续介质和单模弛豫时间等广泛使用的近似不可靠，即使对立方系统也是如此。这些近似的成功被证明是误差抵消的直接结果。通过与我们对玻尔兹曼输运方程的迭代解进行基准比对（该解与固态氩的实验热导率数据（2-80 K）高度吻合），我们展示了在声子模层面考虑声子散射核耦合项的重要性，而非如Callaway模型那样在统计平均意义上考虑。此外，我们的结果揭示了在接近熔化温度时相干声子散射的作用，这与分子动力学发现一致，可作为由类粒子声子（非相干散射）介导的热扩散与由于声子相干散射导致的类波热传播之间交叉的证据。进一步，热导率预测对声子谱的敏感性随温度而变化。
引用
@article{arxiv.2206.06634,
title = {Quantitative assessment of perturbation theory-based lattice thermal conductivity models using quasi-continuum approximation},
author = {Ahmed Hamed and Anter El-Azab},
journal= {arXiv preprint arXiv:2206.06634},
year = {2022}
}
备注
50 pages, 16 figures