低维纳米结构热性质分子动力学模拟的半量子方法

我们详细描述了相互作用粒子系统随机动力学的半量子分子动力学模拟。在这种方法中，系统的动力学由经典牛顿运动方程描述，其中声子量子统计效应通过具有特定功率谱密度（色噪声）的随机Langevin-like力引入。色噪声描述了分子系统与恒温器的相互作用。我们将该技术应用于不同低维纳米结构的热性质和热传输模拟。我们描述了量子晶格系统中温度的确定，该系统不适用能量均分极限。我们表明，可以从测量的功率谱和与温度及弛豫率无关的振动（声子）态密度来确定此类系统的温度。我们模拟了碳纳米管中的比热和热传输，以及具有完美（原子级光滑）和粗糙（多孔）边缘的分子纳米带中的热传输，以及具有强非简谐周期原子间势的纳米带中的热传输。我们表明，在整个温度范围T<500K内，声子的量子统计效应对碳纳米管是至关重要的，在该范围内，纳米管的比热和热导率值远小于基于经典声子统计描述所得的值。