瞬态热传导理论

ultrafast 和纳米尺度热传导需要一个统一的理论框架，严格将宏观传输方程与从统计物理中派生的微观物性属性相连接。现有的经验性傅里叶定律概括往往缺乏坚实的微观基础，无法将观察到的非傅里叶行为与底层原子尺度机制相联系。在本工作中，我们提出一种基于 Zwanzig 不可逆过程统计理论的时域瞬态热传导理论。该框架的核心是时域传输函数 Z(t)，其通过热通量的平衡时间相关函数定义。该函数概括了传统稳态热导率的概念，支配从 onset 第二声波类型波动传播（以有限速度）到扩散支配行为在广泛的时间和空间尺度上的转变。与依赖声子漂流速度等中尺度构造的声子水动力模型不同，我们的方法提供了对固有记忆效应在瞬态热通量中的定量和微观描述，可适用于任何温度或长度尺度的 bulk 材料。通过将原子尺度的第一性原理计算与连续尺度的宏观方程相结合，该框架为瞬态温度场的数值仿真提供了稳健的基础。此外，它促进了使用纳米尺度热源和极紫外- x 射线波长范围内的超快激光系统进行瞬态热光栅实验的解释和设计，推动了我们对热量耗散动力学的理解。