Thermodynamics of a Spin-1/2 Chain Coupled to Einstein Phonons
本文采用高阶级数展开法研究了S=1/2链与无色散声子耦合的热力学性质。由于级数展开是在整体交换耦合J中正式进行的，因此在不截断声子子空间的情况下得到结果。结果用于研究各种参数区域，例如绝热和反绝热极限以及难以通过其他方法研究的中间区域。我们发现，动态声子效应变得明显时，一个以上的热力学量进行分析。
2004-07-29 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Unified phonon-based approach to the thermodynamics of solid, liquid and gas states
我们介绍了一个统一的方法，物质（固体，液体和气体）的状态，并描述了热力学的压力-温度相图的声子激发。通过打破声子相互作用的对称性，推导出两个横向声子极化（声子带隙）中低能截止的有效汉密尔顿。此外，我们构造的统计力学的聚集态采用德拜近似。所介绍的形式主义涵盖了固体的德拜理论，液体的声子理论，以及热力学极限，如杜隆-珀蒂热力学极限，理想气体极限和新的热力学极限，在这里被称为弗伦克尔线热力学极限。讨论了液体中弗伦克尔线以上和以下的声子传播和局域化效应，解释了“快声”现象。作为对我们的理论的测试，我们计算速度-速度自相关和对分布函数内的格林-久保形式主义。在统一方法的框架下，我们证明了声子动力学和对关联之间的一致性。讨论了声子带隙工程、超声波操纵技术和探索与地球和行星科学有关的流体奇异行为的新方向。所提出的结果是同样重要的实际意义和基础研究。
2015-12-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
An alternative approach to the phonon theory of liquids: Evolution of the energy of diffusion
本文提出一种不依赖维里定理的液体声子理论替代方法，通过区分振荡原子与扩散原子推导液体能量新公式，并用液态汞比热实验验证，还给出了超临界体系能量表达式。
2025-07-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
An alternative approach to the phonon theory of liquids: An analytical study of Frenkel frequency and heat capacity as a function of pressure and temperature
本文提出一种无需黏度数据、基于化学势和扩散平衡计算Frenkel频率的新方法，推导出液体热容随温度和压力变化的解析表达式，并在四种惰性液体中验证了模型准确性。
2025-07-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Quantum thermodynamics of nonadiabatically driven systems: The effect of electron-phonon interaction
在这项工作中，我们研究了非绝热的外部驱动的电子系统的热力学耦合到两个电子引线和声子模式，有和没有阻尼的影响。在慢驱动的极限下，我们建立了量子热力学量的非绝热修正。特别是，我们研究了一阶修正的电子布居，电荷电流和振动激发使用微扰膨胀，并比较结果的数值精确的分层运动方程（HEOM）的方法。此外，HEOM分析跨越了弱和强系统-浴槽耦合状态以及慢速和快速驱动极限。我们表明，电子摩擦和非绝热修正的电荷电流提供了一个明确的指标的弗兰克-康登效应和非共振隧穿过程。我们还讨论了近似量子主方程方法的有效性以及使用HEOM研究非平衡量子热力学的好处。
2022-06-02 cond-mat.stat-mech
Thermodynamics of MacMillan's liquid crystal model
Sorbonne Université, Université Paris Cité, CNRS, Laboratoire Jacques-Louis Lions（索邦大学，巴黎西岱大学，法国国家科学研究中心，雅克-路易· Lions 实验室）；Université Paris Cité, CNRS, MAP5（巴黎西岱大学，法国国家科学研究中心，MAP5）
本文从热力学第二定律视角研究具有体自由能的液晶模型，将其表述为客观内变量模型，并给出de Gennes自由能的应用实例。
2025-10-31 cond-mat.stat-mech
Mesoscopic Hydro-Thermodynamics of Phonons
本文提出了半导体中声子的广义流体力学，简称介观流体热力学。它包括对准粒子密度和能量密度运动的描述。的流体动力学方程，通过热弹性过程耦合两种类型的运动，推导出一个广义的Peierls-Boltzmann动力学方程的框架中获得的非平衡统计Enhancement形式主义，提供这样的介观水热动力学。对一阶相关变量收缩的情形进行了详细的计算。相关的麦克斯韦时间的推导和讨论。准粒子密度和能量密度满足耦合的Maxwell-Cattaneo双曲型方程。对热弹性效应进行了分析，并将其应用于研究自由电子激光（FEL）装置中高强度X光脉冲入射下硅反射镜的热变形。导出了一个广义的Guyer-Krumhansl方程，该方程控制热通量和相关的传导系数。
2012-11-02 cond-mat.stat-mech
Weak Coupling of Diffusional and Phonon-like Modes in Liquids Revealed by Dynamic Kapitza Length
School of Energy and Power Engineering, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学能源与动力工程学院）
通过动态卡皮察长度研究揭示了液体中扩散与声子样模式的弱耦合，挑战了液体完全平衡的假设，为液相界面动态能量交换建模提供实验约束。
2026-03-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Revisiting the phonon theory of liquid heat capacity: low-frequency shear modes and intramolecular vibrations
针对液体热容建模的困难及现有声子理论的不足，本研究重新审视该理论，提出低频剪切模式的替代建模方法并纳入分子内振动效应，经实验对比发现过阻尼类液体模式模型在全温区与数据一致性最佳。
2025-03-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Phase transition in a phonon gas with pair correlation
研究了具有相反动量相互作用声子的两两关联的声子气体的相变。在自洽场模型的框架内描述了这种声子系统的方法，并计算了它们的热力学特性。结果表明，具有对关联的声子气体可以存在于不稳定的热力学平衡状态。讨论了实验观察这种相的固体的可能性。
2022-11-16 cond-mat.stat-mech quant-ph
Helium at elevated pressures: Quantum liquid with non-static shear rigidity
液氦的性质一直是科学家们感兴趣的课题。本文采用考虑液体非静态剪切刚度的液体声子理论，研究了压缩液体4-He的内能和热容。我们证明了在高压和超临界温度下液氦的计算和实验热容的良好协议。出乎意料的是，氦仍然是一种量子液体，在高压下，在很宽的温度范围内，支持纵向和横向的声子激发。我们发现，在5 MPa-500 MPa的很宽压力范围内，在熔化温度附近的液氦既是类固态的，又是量子态的。
2013-03-08 cond-mat.stat-mech
Configurational and Vibrational Entropy in Hydrogen-bonded Fluids
本文提出用传播声子谱及单一参数描述简单流体跨液态、超临界态和气态的非理想熵，并指出氢键流体不适用该单谱描述。
2024-03-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Crystal-liquid interfacial free energy of hard spheres via a novel thermodynamic integration scheme
硬球晶体-液体界面自由能，（$γ_{\rm cl}$），确定从分子动力学模拟使用一种新的热力学积分（TI）计划。与以前的方法相比，该TI方案的优点是成功地规避了由于晶体-液体界面的移动而引起的滞后效应。这是通过使用极短程和不可穿透的高斯平坦壁来实现的，该平坦壁防止界面的漂移，同时施加可忽略的自由能惩罚。我们发现，它是至关重要的，以获得可靠的估计$γ_{\rm cl}$在热力学极限的有限尺寸效应进行分析。
2014-10-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Two-State Thermodynamics and the Possibility of a Liquid-Liquid Phase Transition in Supercooled TIP4P/2005 Water
水在过冷液体状态下表现出有趣的热力学和动力学异常。这些异常的起源的一个可能的解释在于在两种（高密度和低密度）形式的水之间存在亚稳的液-液相变（LLPT）。虽然在对散装水和承压水的实验中以及通过类水模型的计算机模拟研究观察到了异常，但水中LLPT的存在仍有争议。大量过冷水中存在LLPT的非生物实验证据受到快速冰成核的阻碍，这是假设的LLPT的前体。此外，假设的LLPT是亚稳态的，原则上不能存在于热力学极限（无限大小，无限时间）。因此，水模型的计算机模拟对于探索亚稳态LLPT的可能性和异常的性质至关重要。在这项工作中，我们提出了新的模拟结果，在NVT系综的最准确的经典分子模型之一的水，TIP 4P/2005。为了描述计算的性质并探索LLPT的可能性，我们应用了双结构热力学，将水视为两种可相互转换的局部结构（“状态”）的非理想混合物。结果表明，存在一个液-液临界点和LLPT在这个模型中的模拟长度和时间尺度。我们比较了TIP 4P/2005与其他流行的类水模型，即mW和ST 2，并与真正的水，所有这些都是很好地描述了两态热力学的行为。鉴于目前的争论涉及不同的研究TIP 4P/2005，我们讨论的亚稳性和有限的尺寸在观察液-液分离的后果。我们还解决了双结构热力学的唯象序参量和低密度结构的微观性质之间的关系。
2016-03-15 cond-mat.stat-mech
Thermodynamic model for the glass transition: deeply supercooled liquids as mixtures of solid-like and liquid-like micro-regions
对于刚高于其玻璃化转变温度的深度过冷液体，我们提出了一个简单的热力学模型，其中深度过冷液体被假定为类固体和类液体微区的混合物。类液体区域的摩尔分数控制着过冷液体的热力学性质，而类固体区域的摩尔分数控制着过冷液体的弛豫时间或粘度。从深过冷液体的摩尔过剩熵的温度依赖性出发，导出了类液区摩尔分数的温度依赖性，从而得到了深过冷液体的弛豫时间或粘度的温度依赖性.我们的模型的一个中心参数，然后被证明是一个衡量的脆弱性的过冷液体。我们还提出了一种方法来测试我们的物理图像的深度过冷液体的分子动力学模拟的模型液体。
2012-10-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermodynamics and structure of simple liquids in the hyperbolic plane
我们提供了一个一致的热力学力学处理描述的热力学和嵌入在双曲平面的流体的结构。特别是，我们推导出一个概括的维里方程的体积热力学压力对关联函数，我们开发了适当的设置扩展的积分方程方法的液体状态理论，以描述流体结构。我们应用的形式主义和研究的负空间曲率的影响，最近被认为是两种类型的系统：库仑系统，如一个和两个组件的等离子体模型，和流体相互作用，通过短程对电位，如硬盘和Lennard-Jones模型。
2009-05-18 cond-mat.stat-mech
Thermodynamics of anharmonic lattices from first-principles
从历史的角度回顾了自洽声子（SCP）理论及其在材料热力学性质计算中的应用。已经讨论了基于使用密度泛函理论（DFT）的第一原理电子结构方法的各种更近期的实现。SCP方程可以从图解微扰理论或基于自由能最小化的变分方法导出。这些方法也可以用来预测由于声子软化引起的相变，并可以扩展到研究声子与系统中其他自由度的耦合。
2019-11-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Relationship between thermodynamics and dynamics of supercooled liquids
扩散率是衡量流体自混合速度的一个指标，它与热力学有着密切但似乎支离破碎的联系。一方面，“构型”对熵的贡献（与流体分子可以采用的机械稳定构型的数量有关）一直被认为是预测玻璃化转变附近的过冷液体动力学的关键。另一方面，过剩熵（相对于理想气体）为高于凝固点的流体的扩散率提供了稳健的缩放。在这里，我们提供，据我们所知，第一个证据表明，过剩熵也捕捉如何过冷流体修改其扩散，这表明，动态，从理想气体玻璃，是一个单一的，标准的热力学量。
2006-07-18 cond-mat.stat-mech
Thermodynamics with thermodynamic variable first-passage time. II. Dynamics of explosive boiling of superheated liquid, critical indices, fractional calculus
Institute for Nuclear Research, pr. Nauki, 47 Kiev, Ukraine（乌克兰国家核科学研究所）
该研究在随机首次通过时间热力学框架下，将其应用于过热液体爆炸沸腾问题，推导非局部熵产生积分公式，计算临界指数，发现给定时刻耗散由物质流积分历史决定，描述了动力学灾难及原理违反情况。
2026-07-28 cond-mat.stat-mech
Phonon induced rank-2 U(1) nematic liquid states
在固体中，强电子相互作用可以迅速形成新的物质相。近年来，一类新的奇异多体相引起了人们的广泛关注，它是由对称二阶电场和磁场以及不动电荷激发的广义电磁学描述的，被称为\textit{fractons}。广义电磁模型除了本身具有有趣的性质外，还与带隙分形子量子序、偶极覆盖系统的新相、量子信息和量子引力等密切相关。然而，秩为2的U（1）规范理论的实验实现仍然缺乏，甚至已知的实际实验路线是稀缺的。在这项工作中，我们提出了一个方案的耦合光学声子和双自由度，以及几个具体的实验平台，为他们的实现。我们证明了这些系统可以实现秩为2的U（1）规范理论的静电部分。所提出的方案的一个很大的优点是，它只需要声子和声子物理的基本成分，因此可以适用于从液晶到电子轨道的广泛的实验实现。
2022-12-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Theory of liquids: from excitations to thermodynamics
本书综述液体热力学理论的最新进展，聚焦激发行为对热容等性质的影响，为凝聚态物理与化学研究者及高级课程提供参考。
2023-08-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effects of three-body interactions on the structure and thermodynamics of liquid krypton
采用大规模分子动力学模拟方法，采用基于Aziz和Slaman两体势和三偶极Axilrod-Teller（AT）势的势能函数，对液态氪的结构和热力学性质进行了预测.通过改变AT势的强度，我们研究了三体贡献超出三偶极子色散的影响。可以看出，AT势给出了一个整体很好的描述液体Kr，虽然其他的贡献，如高阶三体色散和交换项不能忽略。
2002-03-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermodynamics of the polaron master equation at finite bias
研究了双量子点中的相干输运。它的两个电子引线诱导电子物质和能量传输，声子库有助于进一步的能量交换。通过微扰处理系统的铅耦合，而振动的耦合处理非微扰的极化子变换框架中，我们推导出一个热力学一致的低维主方程。当声子模的数量有限时，只有当它们对称地耦合到两个量子点时，马尔可夫描述才是可能的。然而，对于连续的声子模式，也可以用马尔可夫主方程描述非对称耦合。我们计算了电子流和退相速率。电子电流使声子频率的传输光谱，并显示弗兰克-康登封锁的签名。对于无限的外部偏压，但有限的隧穿带宽，我们发现振荡的电流作为内部偏压的函数，由于电子-声子耦合。进一步导出了系统的全涨落定理，并证明了它与系统熵产生的一致性。
2015-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Experimental studies of the transient fluctuation theorem using liquid crystals
根据热力学第二定律，在热力学过程中，熵的耗散或产生只能为正或为零。然而，热力学热力学定律在热力学极限下适用于大系统。最近，一个波动定理被称为瞬态波动定理（TFT），它推广了热力学第二定律，即使是小系统已经提出。这个定理已经在小系统中得到了验证，例如光阱中的胶体粒子。我们报告的第一次类似的实验研究TFT在空间扩展系统中使用液晶。
2008-05-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermodynamic origin of the phonon Hall effect in a honeycomb antiferromagnet
本文在锯齿形反铁磁范德华材料NiPS₃中发现可观的热霍尔电导率，通过分析其与磁化强度的敏感关系及磁振子-声子能带交叉，揭示声子热霍尔效应具有内禀热力学起源。
2024-10-01 cond-mat.other cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
Phonon heat transport in cavity-mediated optomechanical nanoresonators
非平衡态热力学中的热输运是一个重要的研究前沿，它对于实现新型热力学装置，如热机和制冷机至关重要。对流、传导和辐射是众所周知的传递热能的基本方式。在这里，我们展示了一种新的机制，声子热输运之间的空间分离的纳米机械谐振器耦合的腔增强的长程相互作用。热化和非平衡动力学的单一轨迹受到实时监测。我们发现，在强耦合区，瞬时热流在非平衡稳态中反直觉地来回振荡，这在热能传递过程中自发地发生在临界点以上。在温度梯度驱动的远离平衡系统中，验证了非平衡稳态热流精度的普适界，即热力学测不准关系。我们的研究结果揭示了一个以前未观察到的现象，热传递与机械振荡器，并提供了一个操场，在非平衡态热力学的基本理论测试。
2020-08-15 cond-mat.stat-mech physics.optics
Inter-basin fluctuations in glass-forming liquids: short time and long time thermodynamic susceptibilities
从能盆和能盆间跳跃两个方面分析了玻璃形成剂中局部结构涨落的热力学效应。根据测量的时间尺度，人们观察到与一组狭窄的盆地相关的短时间热力学性质，或包括结构弛豫的平衡性质。盆地间的跳跃性表现为压力、内能等热力学短时特征的波动。建立了压力和内能的盆间波动与长、短时磁化率之差的关系式，并在此基础上讨论了构造对温度和压力的相对敏感性。
2002-07-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Thermodynamics of supercooled liquids in the inherent structure formalism: a case study
在这篇文章中，我们回顾了内在结构形式主义的框架内的液体热力学。然后，我们提出了计算的盆地中的势能作为温度的函数的二元Lennard-Jones混合物的分布。数值数据和理论形式之间的比较，使我们能够评估在散装系统的固有结构的简并性，并估计最低能量无序状态（Kauzmann能量）的能量。我们发现，在模式耦合温度附近，液体的配分函数可以很好地近似为两个松散耦合的配分函数的乘积，一个依赖于固有结构量（盆地的深度和简并度），另一个描述了一个典型盆地中液体的自由能。
1999-11-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Universality of rotons in liquids, generalized superfluidity criterion and helons in helium II
对实验数据的分析表明，在超流氦中，除了声子-声子激发外，还必然存在至少一个能谱强烈依赖于温度的基元激发分支。在此基础上，考虑到液氦从超流态到正常态的相变过程中临界速度应为零，将Landau超流性判据推广到几个基元激发分支。我们假设氦原子到超流态的跃迁对应于一个新的依赖于粒子间相互作用的带隙激发谱。这种间隙只存在于超流态，在向正常态转变的温度下消失。激发的声子-声子分支对超流性没有决定性的影响。与声子一样，Rotons也不是超流氦的特殊激发，而是作为液态的普遍激发存在，并在不同的液体中形成连续的激发分支。这一观点得到了实验和数值的证实。
2013-06-14 cond-mat.other cond-mat.stat-mech
Crystal-liquid interfacial free energy via thermodynamic integration
提出了一种新的热力学积分（TI）方法，用于从分子动力学模拟中计算晶液界面自由能（$γ_{\rm cl}$）。该方案适用于Lennard-Jones系统。通过使用非常短的范围和不可穿透的高斯平坦的墙壁来限制的液体和晶体相，我们克服了滞后问题，以前的TI计划，源于晶体-液体界面的平移运动。我们的技术被应用于计算$γ_{\rm cl}$为（100），（110）和（111）取向的晶相在三个温度下共存条件。对于一种情况，即（100）界面在温度$T=1.0$（在约化单位），我们证明了有限尺寸标度的框架内的毛细波理论可以用来估计$γ_{\rm cl}$的热力学极限。因此，我们表明，我们的TI计划是不相关的抑制毛细波波动。
2014-06-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The stability-limit conjecture revisited
稳定极限猜想（SLC）提出了水的液态旋节线在过冷区域返回到正压，并通过对这种重入旋节线的接近解释了水的热力学响应函数随温度降低而明显发散的现象。随后，有人认为SLC的预测与一般热力学原理不一致。在这里，我们通过检查水的模型状态方程来重新考虑SLC的热力学可行性，该模型状态方程首先被研究以澄清SLC与过冷水中拟议的液-液相变的关系。通过证明一个双结点可以终止于一个亚结点上的一个点，这不是一个临界点，我们表明，SLC是热力学允许的系统，既有液-气和液-液相变。我们还描述和澄清其他不寻常的热力学行为，可能会出现在这样的系统中，特别是与所谓的“临界点自由”的情况下的液-液相变，这可能适用于液体硅的情况。
2019-05-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
