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 II：从时间傅里叶变换
介观与纳米尺度物理
2015-12-23 v1
摘要
从纳米尺度传热视角，当前最有趣且最具挑战性的任务之一是定量分析了固体材料中声子模式特定的输运性质，这在许多新兴且多样的技术应用中起着至关重要的作用。自声子谱能量密度 (SED) 或等效的时域正态模分析 (TDNMA) 方法在平衡分子动力学模拟 (EMD) 框架下提供此类信息以来时间并不长。然而，迄今为止这尚未在非平衡分子动力学模拟 (NEMD) 中实现，而 NEMD 是除 EMD 外另一种广泛使用的计算材料热输运的方法。本工作中，提出一种基于原子热流时间傅里叶变换的计算方案，称为频域直接分解法 (FDDDM)，用于分析 NEMD 模拟中频率相关热导率的贡献。将 Lennard-Jones (LJ) 氩和 Stillinger-Weber (SW) 硅的 FDDDM 结果与来自 EMD 模拟的 TDNMA 方法进行比较。两种情形均发现相似趋势，证实了我们的 FDDDM 方法的有效性。得益于 NEMD 的固有性质以及不需要任何温度假设的理论公式，FDDDM 可直接用于研究尺寸和温度效应。此外，FDDDM 相对于先前方法（如 SED 和 TDNMA）的独特优势在于它可直接用于表征无序系统（例如非晶材料）的声子频率相关热导率。FDDDM 方法也可作为理解声子行为的良好候选，从而为设计高效结构以实现先进热管理提供有用指导。
引用
@article{arxiv.1511.02607,
title = {Quantitatively Analyzing Phonon Spectral Contribution of Thermal Conductivity Based on Non-Equilibrium Molecular Dynamics Simulation II: From Time Fourier Transform},
author = {Yanguang Zhou and Ming Hu},
journal= {arXiv preprint arXiv:1511.02607},
year = {2015}
}