基于非平衡分子动力学模拟的声子谱对热导率贡献的定量分析 I：从空间傅里叶变换
材料科学
2015-12-23 v2
摘要
探测块体材料中声子输运性质的详细谱依赖关系对于改进多种技术中结构与器件的功能和性能至关重要。目前，此类信息只能由平衡分子动力学模拟(EMD)框架下的声子谱能量密度(SED)或等效的时域简正模分析(TDNMA)方法提供，但尚未在非平衡分子动力学模拟(NEMD)中实现。本文提出一种直接基于NEMD和晶格动力学理论的新方案，称为时域直接分解方法(TDDDM)，用于预测声子模比热导率。通过TDDDM研究Lennard-Jones (LJ)氩和Stillinger-Weber (SW)硅两个基准案例，以表征单个声子模对总体热导率的贡献，并将结果与SED和TDNMA预测结果比较。两案例均发现极好的一致性，证实了TDDDM方法的有效性。TDDDM的最大优势在于可用于研究NEMD模拟中单个声子模的尺寸效应，这是当前EMD模拟中SED和TDNMA无法解决的。我们发现，平均自由程大于系统尺寸的声子模在NEMD中被截断，对总体热导率贡献甚微。TDDDM为NEMD预测热导率中著名的强尺寸效应提供了直接物理起源。
引用
@article{arxiv.1502.06776,
title = {Quantitatively Analyzing Phonon Spectral Contribution of Thermal Conductivity Based on Non-Equilibrium Molecular Dynamics Simulation I: From Space Fourier Transform},
author = {Yanguang Zhou and Xiaoliang Zhang and Ming Hu},
journal= {arXiv preprint arXiv:1502.06776},
year = {2015}
}