热导率的谱分解：均匀分子动力学模拟中速度分解方法的比较
材料科学
2021-05-18 v1
摘要
新应用的设计，尤其是基于异构集成的应用，必须依赖对材料特性(如热导率(TC))的详尽认知。为此，已开发多种方法将TC作为振动频率的函数进行研究。本文比较了均匀分子动力学模拟中三种基于速度分解的谱TC方法：格林-库博模态分析(GKMA)、谱热流(SHC)方法，以及我们提出的均匀非平衡模态分析(HNEMA)方法。首先，我们推导了适用于一般多体势描述体系的便捷逐原子维里表达式，得以紧凑表示热流、各速度分解方法及其他相关量。接着，通过计算碳纳米管、石墨烯与硅的谱TC对各方法评估。结果表明，除光学声子频率处因特征向量不匹配与态密度大而令模态分析方法产生虚假TC峰外，各方法在定性上一致。我们的计算还显示HNEMA与SHC方法比GKMA收敛快得多，其中SHC计算效率最高。最后，我们证明在GPUMD(图形处理器分子动力学)中实现的单GPU模态分析比现有LAMMPS(大规模原子/分子并行模拟器)单CPU实现快逾1000倍。
引用
@article{arxiv.2102.03691,
title = {Spectral Decomposition of Thermal Conductivity: Comparing Velocity Decomposition Methods in Homogeneous Molecular Dynamics Simulations},
author = {Alexander J. Gabourie and Zheyong Fan and Tapio Ala-Nissila and Eric Pop},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.03691},
year = {2021}
}
备注
19 Pages, 8 Figures