迈向更精确的热导率分子动力学计算：以GaN体单晶为例
材料科学
2012-06-26 v1
摘要
文献中利用分子动力学模拟计算的各种体系的热导率存在显著差异。在某些情况下，发现了非物理的结果，例如负热导率。以GaN为例，采用直接非平衡方法，我们进行了广泛的分子动力学模拟和蒙特卡洛分析，以量化分子动力学方法的不确定性水平，并确定能够产生足够精确热导率计算的条件。我们发现计算误差主要源于统计热涨落。将结果外推到无限大体系极限往往会放大误差，并偶尔导致非物理结果。通过使用适当选择的体系在多个样本长度上进行更长时间的平均，可以减少体估计中的误差。如果与每个样本长度相关的热导率估计误差保持在某个阈值以下，则获得非物理体值的可能性变得微不足道。利用我们开发的蒙特卡洛方法，我们确定了通过直接方法获得的体热导率的概率分布。我们还观察到了可能成为显著误差来源的非线性效应。对于此处呈现的极高精度结果，我们预测[0001]方向GaN在300 K、500 K和800 K下的热导率分别为185 W/K·m、102 W/K·m和74 W/K·m。利用工作中获得的见解，我们在300 K、500 K和800 K下实现了体（无限样本长度）GaN热导率相应的误差水平（标准差）分别小于10 W/K·m、5 W/K·m和15 W/K·m。
引用
@article{arxiv.1206.5445,
title = {Towards More Accurate Molecular Dynamics Calculation of Thermal Conductivity. Case Study: GaN Bulk Crystals},
author = {X. W. Zhou and S. Aubry and R. E. Jones and A. Greenstein and P. K. Schelling},
journal= {arXiv preprint arXiv:1206.5445},
year = {2012}
}