Ballistic transport of long wavelength phonons and thermal conductivity accumulation in nanograined silicon-germanium alloys
材料热导率的计算高效建模对于彻底的实验规划和热性能的理论理解至关重要。在这项工作中，我们提出了一种建模方法，利用频率相关的有效介质来计算纳米结构固体的晶格热导率。该方法准确地预测了纳米结构Si80Ge20系统的热导率的显着降低，以及先前报道的纳米线和纳米颗粒在基体材料中的热导率。我们使用我们的模型来深入了解长波长声子对纳米晶硅锗合金的热导率的作用。通过热导率累积计算与我们修改后的有效介质模型，我们表明，声子的波长远大于平均晶粒尺寸将不会受到晶界散射的影响，反对传统上假设的概念，即固体中的晶界将作为扩散界面，这将限制长波长声子的运输。这是进一步支持通过调制频率依赖的热导率，测量与时域热反射。
2017-09-25 cond-mat.mes-hall
Effect of exchange electron-electron interaction on conductivity of InGaAs single and double quantum wells in ballistic regime
本文报道了GaAs/InGaAs/GaAs单量子阱和双量子阱中二维电子气在宽温区（1.8-100）K的量子电导修正的实验研究。我们将零磁场下纵向电导率的实验数据与相互作用引起的输运系数修正理论进行了比较。在10 K到（45-60）K的温度范围内，理论与实验结果符合得相当好，这一范围涵盖了我们样品的弹道相互作用区域。
2018-08-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Ballistic-diffusive model for heat transport in superlattices and the minimum effective heat conductivity
半导体超晶格由于具有很低的热导率而引起了人们的极大兴趣。这使得它们特别适合于应用在各种设备的热电发电的能量，热控制在纳米长度尺度等，最近的实验已经证实，在室温下的超晶格的有效热导率有一个最小的非常短的时间内（在纳米的顺序），因为一些动力学计算以前曾预计。这项工作将显示在纳米一维多层系统的热传输的热力学理论的进步，考虑弹道和扩散热通量，这两者都是由Guyer-Krumhansl本构方程描述的分离。的色散关系，来自弹道和扩散热传输方程，被用来推导出的超晶格的有效热导率，并解释最小的有效热导率。
2019-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Temperature dependence of the conductivity of ballistic graphene
我们使用Landauer输运理论研究了弹道石墨烯的电导率与温度的关系。我们得到的结果是定性与最近观察到的高流动性悬浮石墨烯的运输测量中的许多功能。在高温度T和低密度n时，电导率σ随T线性增长，而在高密度n时，由于化学势的T依赖性，σ~ |n| ^1/2在小T时有负修正。在中等密度下，电导率是T和n的非单调函数，在T=0.693 \hbar v |n| ^1/2处出现最小值，其中v是费米速度。我们讨论了短纳米带中的两种法布里-珀罗振荡及其在有限温度下的稳定性。
2009-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ballistic Heat Transport in Nanocomposite: the Role of the Shape and Interconnection of Nanoinclusions
利用分子动力学模拟研究了镶嵌在非晶硅基体中的逐渐互连的纳米夹杂物的振动和热性质的影响。纳米包合物排列的范围从对准的球阵列到纳米线的互连网。波包模拟扫描不同的极化和频率显示，在恒定的体积分数的纳米夹杂物的互连诱导的高频声子的平均自由程的强烈增加，但不影响能量扩散率。然后使用平均自由程和能量扩散率来估计热导率，显示由于晶体结构互连的存在，有效热的有效热导率的增强。这种增强主要是由声子的弹道输运引起的。平衡分子动力学模拟证实了这一趋势，尽管不太明显。这导致观察到相干能量传播与适度增加的热导率是可能的。
2021-05-07 cond-mat.mes-hall
Ballistic conductivity of graphene channel with p-n junction on ferroelectric domain wall
采用Wentzel-Kramers-Brillouin近似，研究了异质结构石墨烯/物理间隙/铁电薄膜中铁电畴壁对单层石墨烯沟道弹道电导的影响.异质结中电场和空间电荷动力学的自洽数值模拟和近似解析理论都表明，畴壁与表面的接触在石墨烯沟道中产生了pn结。计算表明，在石墨烯表面附近自发极化突变引起的未补偿铁电偶极子诱导的载流子浓度可达1019 m-2量级，比非铁电衬底上栅掺杂石墨烯的载流子浓度高两个数量级。因此，我们预测具有铁电畴壁引起的pn结的石墨烯沟道将具有相当高的弹道电导率。
2016-03-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of contact induced states on minimum conductivity in graphene
本文的目的是指出，接触诱导态可以帮助解释实验观察到的最小电导率的结构依赖性，即使样品是纯粹的弹道。接触诱导态类似于金属-半导体肖特基结中众所周知的金属诱导间隙态（MIGS），其通常仅穿透几个原子长度进入半导体，而穿透深度随着带隙的增加而减小。然而，在石墨烯中，我们发现这些状态穿透的距离要长得多，其数量级为接触的宽度。因此，长度小于其宽度的弹道石墨烯样品可以表现出与长度成比例的电阻，该电阻在起源上不是欧姆的，而是由接触诱导态的作用降低引起的。虽然实际样品可能不是弹道和涉及散射过程，我们的研究结果表明，这些接触引起的影响需要考虑在解释实验和最小电导率强烈依赖于所使用的结构和配置（两个与四个终端）。
2007-10-15 cond-mat.mes-hall
Observation of quasi-ballistic thermal transport of surface phonon-polaritons over hundreds of micrometres
热载体的长距离传播对于微电子中的有效散热是必不可少的。然而，在介电纳米材料中，主要的热载体-声子-只能以弹道方式传播数百纳米，这限制了它们的热传导效率。理论预测，表面声子极化激元（SPhPs）可以克服这一限制，并在数百微米内传导热量而不耗散。在这项工作中，我们通过实验证明了这种长距离的热传输SPhPs。使用3 $ω$技术，我们测量了不同的加热器-传感器距离（100和200 $μ$ m），膜厚度（30 - 200 nm）和温度（300 - 400 K）的SiN纳米膜的面内热导率。我们发现，与厚膜相比，薄的纳米膜支持热传导SPhPs，证明了随着温度的增加，在热导率。值得注意的是，在距离加热器200 $μ$ m处测得的热导率始终高于在距离加热器100 $μ$ m处测得的热导率。这一结果表明，SPhPs的热传导在至少数百微米的范围内是准弹道的。因此，我们的研究结果表明，SPhPs可以增强极性纳米膜中的散热，并在热管理，近场辐射和极化电子学中找到应用。
2021-07-12 cond-mat.mes-hall
Transition from ballistic to diffusive behavior of graphene ribbons in the presence of warping and charged impurities
利用Landauer理论和紧束缚p轨道哈密顿量研究了长程无序势和翘曲对石墨烯带电导率和迁移率的影响。我们表明，作为结构的长度增加的系统经历了从弹道扩散制度的过渡。这反映在计算的电导率和迁移率的电子密度依赖性中。特别地，我们表明石墨烯带的迁移率随μ（n）n^（-λ）变化，其中0<λ <0.5。指数λ取决于系统的长度，其中λ =0.5对应于弹道制度中的短结构，而扩散制度λ =0（当迁移率与电子密度无关时）对于足够长的结构达到。我们的结果可以用于解释实验数据时，λ的值可以用来区分系统的传输制度（即弹道，准弹道或扩散）。根据我们的研究结果，我们讨论了现有的实验结果。
2009-09-30 cond-mat.mes-hall
Steady-State Heat Transport: Ballistic-to-Diffusive with Fourier's Law
人们普遍认为，傅立叶定律不描述弹道声子输运，这是很重要的，当材料的长度是相似的声子平均自由path. Using一种方法，从电子输运适应，我们证明，傅立叶定律和热方程捕捉弹道效应，包括温度跳跃在理想的接触，因此适用于所有的长度尺度。局部热平衡是不假定的，因为允许声子分布是不平衡的是很重要的弹道和准弹道输运。包含声子布居的非平衡性质的关键是将适当的边界条件应用于热方程。简单的解析解推导出，表明i）的温度跳跃的大小是简单地与材料的性能和ii）的观察减少的表观热导率物理上源于温度梯度的减少，而不是从实际热导率的减少。我们演示了我们的方法，相当于傅立叶定律，很容易再现的玻尔兹曼输运方程的结果，在所有的运输制度，即使使用一个完整的声子色散和平均自由程分布。
2015-01-15 cond-mat.mes-hall
Quantum transport at the Dirac point: Mapping out the minimum conductivity from pristine to disordered graphene
石墨烯的最小电导率$σ_\mathrm{min}$的相空间映射使用的朗道理论修改为散射使用费米的黄金法则，以及非平衡格林函数（NEGF）模拟与杂质分布的蒙特卡罗采样。由此产生的“扇形图”跨越了从弹道到不同纵横比（$W/L$）扩散的范围，并有几个惊喜。{The器件纵横比决定了允许多少隧穿（在接触之间），并成为$σ_{min}$从弹道状态演变到扩散状态的主导因素。我们发现$σ_{min}$相对于杂质密度的增加（对于$W/L>1$）或减少（$W/L<1$）趋势，所有都在脏极限处收敛于$128q^2/π^3h\sim 4q^2/h$周围。在扩散极限中，由于来自电荷池的导电模式的增加与来自狄拉克点处的散射的平均透射率的减少之间的精确抵消，{电导率}准饱和。在清洁弹道极限下，计算出的最低模式的电导率显示出令人惊讶的Fabry-Pérot振荡的不存在，与包括双层石墨烯在内的其他材料不同。我们认为，即使在低温下振荡的缺乏是克莱因隧道的签名。
2015-07-05 cond-mat.mes-hall
Quantum ballistic transport in in-plane-gate transistors showing onset of a novel ferromagnetic phase transition
我们研究了聚焦离子束写入III-V族异质结平面栅晶体管中的一维输运，温度适中，零偏置，无任何外部磁场施加。根据A.黄金和L。准一维电子气中的谷位和自旋占据不稳定性。Mag. Lett. 74，33-42（1996）和早期的实验数据，我们观察到源-漏电导率的平台被认为是栅极电压的函数，不仅在2e^2/h的倍数处，而且在e^2/h处也很明显，就在沟道接近零电导率之前。这可以解释为一种多电子效应，即一种新的弹道铁磁基态，避开了标准的描述和定理。
1998-06-11 cond-mat.mes-hall
Two distinct ballistic processes in graphene at Dirac point
将动力学方法应用于长度为L、接触电势为U的介观石墨烯样品中的弹道输运。在短于两个相关时间尺度（飞行时间和\hslash /U）的时间处，电场的主要作用是产生电子-空穴对，即引起带间跃迁。在线性响应中，这导致（对于宽度W>>L）电导率为π/2 e^{2}/h。另一方面，在大于两个尺度的时候，机制和价值是不同的。它示出的电导率接近其带内值，等于从倏逝波的Landauer-Butticker方法内获得的。当W>>L时，它等于4/pi e^{2}/h。线性响应内的带间跃迁在此极限下并不重要。在这些极端之间，存在取决于两个时间尺度之间的比率的交叉行为。在强电场下（超过线性响应），带间过程占主导地位。电子-空穴机制是通用的，即不依赖于几何形状（纵横比、边界条件的拓扑、引线的性质），而消逝模式机制依赖于所有这些。根据我们确定的结果，虽然在悬浮石墨烯中的吸收测量和DC传输中测量了第一个电导率值，但后一个电导率值将出现在基底上的小弹道石墨烯薄片的实验中。
2011-07-15 cond-mat.mes-hall
Nonlocal conductivity, continued fractions and current vortices in electron fluids
本文采用包含微观散射的波数依赖电导率 $σ(k)$，阐明了非局域响应与电流涡旋在弹道相和流体动力学相中的关系，发现弹道涡流对动量弛豫散射的韧性远超流体动力学涡流，为涡度的微观起源提供了简单诊断方法。
2024-05-30 cond-mat.mes-hall
Transition to ballistic regime for heat transport in helium II
从热力学连续介质的角度分析了超流氦填充的窄毛细管的有效热导率随尺寸和流量的变化。经典的Landau估计的有效热导率的静态超流体，或Gorter-Mellinck制度的湍流超流体，扩展到描述过渡到弹道制度的窄通道中，其中半径$R$是可比的（或小于）声子平均自由程$\ell$在超流氦。要做到这一点，我们开始从一个扩展的方程的热通量纳入非本地条款，并考虑沿管壁的热滑移流。这导致从与$R^2$成比例的有效热导率（朗道状态）到与$R\ell$成比例的另一个有效热导率（弹道状态）。我们考虑两种流动：沿圆柱形管道和沿两个无限大的平行板。
2014-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Thermal conductivity of a two-dimensional electron gas with Coulomb interaction
我们证明了在二维弹道电子气中由于库仑相互作用引起的前向电子-电子散射导致热导率的（T \ln {T}）^{-1}温度依赖性，与通常的费米液体行为相比，该热导率在热力学上被抑制。
2003-03-18 cond-mat.mes-hall
Ballistic transport properties across nonuniform strain barriers in graphene
我们研究了单轴应变对石墨烯中应变诱导势垒的透射率和电导率的影响。与传统的研究，考虑尖锐的障碍，我们认为一个更现实的，光滑的障碍，其特征在于由一个不均匀的，连续的应变分布。我们的研究结果有助于更好地理解波纹石墨烯的输运性质。
2011-12-16 cond-mat.mes-hall
Revisiting thermal conductivity and interface conductance at the nanoscale
提出了一个半解析模型，用于研究纳米尺度下的热传输，该模型能够准确地描述非平衡传输的影响和界面处的热传递。我们的方法是基于伪局部温度的定义区分的声子人口根据其速度的方向。这种形式主义导致了一套完整的方程捕捉纳米结构中的热传递，即使在异质结构的情况下。该模型只需要引入一个新的固有的热参数称为弹道热导率和一个几何称为有效热导率。最后，该模型是能够准确地再现先进的数值计算结果的蒙特卡罗模拟的声子在所有的声子输运制度：扩散（作为傅立叶热输运制度包括在内），弹道，和中间的，即使涉及热界面。这种形式主义应提供新的见解在解释实验测量。
2020-06-24 cond-mat.mes-hall
Heat Transport Through Plasmonic Interactions in Closely Spaced Metallic Nanoparticles Chains
我们报告了一个数值研究的热传递通过一维阵列的金属纳米粒子紧密间隔在主机材料。我们的模拟结果表明，多极相互作用发挥了至关重要的作用，通过集体等离子体激元的热输运。分别计算了等离子体热导率和在弹道和扩散状态下的热导率。(a)使用Landauer-Buttiker形式主义，我们已经发现，当主机材料的介电常数取正值，多极相互作用大大提高了几个数量级的集体等离子体激元的弹道热导相比，一个经典的偶极链。相反，当主体材料介电常数取负值时，我们已经证明了非弹道多极模式的存在，这种模式会消除通过链的传热。(b)利用动力学理论，我们还研究了链在扩散近似下的热行为。我们已经表明，金属纳米颗粒链的等离子体热导率可以达到体金属热导率的1%。这一结果可以解释在许多胶体悬浮液（所谓的纳米流体）中观察到的异常高的热导率。
2008-01-24 cond-mat.mes-hall
Non-ballistic Thermal Transport in Carbon Nanotubes
该研究通过纳入四声子散射的玻尔兹曼输运方程迭代解法，揭示单壁碳纳米管的非弹道热输运机制，解决了其热导率长度依赖性的长期争议，且预测其300K下热导率达3700 W/m-K，为已知材料最高。
2023-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coexisting Ballistic and Diffusive Heat Transport in Micrometer-Long Molecular Junctions
Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM), CSIC（马德里材料科学研究所）；Departamento de Física Teórica de la Materia Condensada, Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学凝聚态物理理论系）；Condensed Matter Physics Center (IFIMAC), Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学凝聚态物理中心）
研究揭示了在微米级分子结中，热传导既存在球形传输也存在扩散传输的现象，通过原子级模拟发现热传导不收敛，且在长程尺度下呈现L^(1/3)的发散行为，揭示了低频声子的非热化机制。
2026-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon Hall thermal conductivity from Green-Kubo formula
导出了弹道声子霍尔模型的热导张量公式。研究发现，尽管电导率张量的对角元发散到无穷大，但非对角元在磁场中是有限的、反对称的、奇的。非对角元素只有在声子系统的动力学矩阵打破镜面反射对称性时才为非零。结果是在没有自旋-声子相互作用微扰假设的情况下得到的。
2009-02-07 cond-mat.mes-hall
Hole-Hole Interaction Effect in the Conductance of the Two-Dimensional Hole Gas in the Ballistic Regime
本文研究了GaAs/GaAlAs异质结构中高迁移率二维空穴气（2DHG）在弹道区对Drude电导的相互作用修正$k_BTτ/\hbar $ $>1$。结果表明，低密度2DHG的电阻率（$dρ/dT>0$）的“金属”行为是由空穴-空穴相互作用引起的。我们发现电导率和平行场磁电阻的温度依赖性与这一描述一致，并确定了控制$dρ/dT$符号的费米-液体相互作用常数$F_0^σ$.
2001-09-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Size Dependence and Ballistic Limits of Thermal Transport in Anisotropic Layered Two-Dimensional Materials
层状材料由于其强的面内共价键和弱的面外范德华相互作用而具有不常见的各向异性热性能。在这里，我们研究热流在石墨烯（石墨），h-BN，二硫化钼，WS 2单层和散装薄膜，从扩散到弹道极限。我们确定的弹道热导限制（Gball）的平面内和平面外，基于全声子色散从第一性原理计算。整体声子平均自由程（λ）用Gball和扩散热导率表示，如果使用声子群速度的适当平均，则与动力学理论一致。我们获得了与可用实验一致的尺寸依赖的热导率k（L），并且发现对于样品尺寸L > 16λ，k（L）仅收敛于>90%的扩散热导率，其范围从MoS 2交叉平面的~140 nm到悬浮石墨烯平面内的~10 um。这些结果提供了一个更深入的理解微观热传输，揭示了设备规模低于热尺寸效应应考虑一般比以前认为的要大。
2017-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-Hermitian effect to the ballistic transport and quantized Hall conductivity in 2H-MoS$_{2}$
本研究通过多通道霍尔测量配置，探究了2H-MoS$_{2}$中非厄米效应对弹道输运和量子化霍尔电导率的影响，发现室温下量子化电导率取决于部分填充的Landau能级数而非非厄米相互作用，且低温下霍尔平台因电子过滤贡献被破坏。
2024-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Evanescent wave transport and shot noise in graphene: ballistic regime and effect of disorder
我们研究了石墨烯场效应器件中的电输运和散粒噪声。在4.2- 30 K的温度范围内，在大宽长比的$W/L$石墨烯带中，我们测量了低频（$f$ = 600- 850 MHz）的散粒噪声。我们观察到$\frac{4e^{2}}{πh}$的最小电导率和一个有限的和门相关的Fano因子，在狄拉克点，即状态密度为零的地方，达到普适值1/3。这些发现与描述在具有大$W/L$的完美石墨烯样品中在狄拉克点处的输运应该经由倏逝波发生的理论非常一致。此外，我们展示和讨论如何无序和非平行的引线影响电导率和散粒噪声。
2008-07-01 cond-mat.mes-hall
Chirality- and thickness-dependent thermal conductivity of few-layer graphene: a molecular dynamics study
采用非平衡分子动力学方法研究了石墨烯纳米带（1 ~ 8个原子平面）的热导率。我们提出了在少层石墨烯中，室温热导率随层数单调衰减。锯齿型石墨烯在导热性能上的优势只在高温区存在，在多层情况下消失。解释了高频声子谱收缩引起热导率变化的原因。还报道了单层石墨烯比多层石墨烯具有更好的弹道输运性质。
2011-11-24 cond-mat.mes-hall
Quasi-Ballistic Thermal Conduction in 6H-SiC
电子器件的最小化使得相关设备的散热成为越来越大的挑战。当材料的尺寸小于声子平均自由程时，声子在没有内部散射的情况下传输，扩散热传导定律失效，导致有效热导率显著降低。本文首次报道了掺杂外延6 H-SiC和单晶多孔6 H-SiC在室温以下的热导率随温度的变化。在这些样品中观察到强烈的准弹道热传输，特别是在低温下。掺杂和结构边界被施加到调谐准弹道热输运，因为掺杂剂选择性地散射高频声子，而边界散射声子与长的平均自由程。观察到异常强的声子散射硼掺杂剂相比，氮掺杂剂。此外，在测量的热导率的数量级减少，观察到在低温下的多孔6 H-SiC相比，外延6 H-SiC。最后，第一性原理计算和一个简单的卡拉威模型建立理解测得的热导率。我们的工作揭示了对技术重要的宽带隙半导体（如6 H-SiC）中热传导的基本理解，并将影响6 H-SiC相关电子和设备的热管理等应用。
2021-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Radial thermal rectification in the concentric silicon ring from ballistic to diffusive regime
从声子玻尔兹曼输运方程出发，研究了同心硅环从弹道到扩散的径向热整流。在弹道极限和扩散极限下，解析解证明不存在热整流。在弹道扩散区，热通量倾向于从内边界流向外边界。此外，随着特征长度（两个圆形边界之间的距离）从几十纳米增加到几十微米，热整流比增加，然后逐渐消失。这是因为随着温度梯度方向的改变，声子平均自由程也随之改变。声子平均自由程的不同最终导致热流密度或热导率的变化。随着温度的降低，最大热整流比减小。此外，对于给定的特征长度，随着内边界和外边界之间的半径比的增加，热整流比减小。
2019-10-10 cond-mat.mes-hall
S-shaped current-voltage characteristics of n+-i-n-n+ graphene field-effect transistors due the Coulomb drag of quasi-equilibrium electrons by ballistic electrons
我们证明了弹道电子注入到横向n $^+$ -i-n-n $^+$石墨烯场效应晶体管（G-FET）中的二维电子等离子体中可能会导致由于线性电子色散系统中的伽利略和洛伦兹不变性的破坏而导致的准平衡电子的大量库仑拖曳。这种效应可以导致S形的电流-电压特性（IV）。所得到的负微分电导率实现了可以用于实现电压开关器件的磁滞效应和电流抑制。由于IV的强非线性，G-FET可以用于有效的频率倍增和太赫兹辐射的检测。
2021-07-14 cond-mat.mes-hall
Carbon Nanotube Thermal Transport: Ballistic to Diffusive
我们建议用l_0/（l_0+L）来描述能量传输，其中l_0是平均自由程，L是系统长度。该公式适用于碳纳米管（CNT）中的热传导。热传导计算表明：（1）室温下，单壁碳纳米管（SWCNTs）的热导率与碳纳米管直径成正比，多壁碳纳米管（MWCNTs）的热导率与碳纳米管直径的平方成正比。(2)由于碳纳米管振动模式的对称性，界面在碳纳米管的热传导中起着重要的作用。(3)当声子平均自由程与碳纳米管的长度L相当时，热导率κ与L^α成正比。数值计算发现，Umklapp散射过程的有效指数α随着温度的升高而减小，且对单壁碳纳米管的直径不敏感。对于短的单壁碳纳米管（<0.1 μm），我们发现在室温下α \approx为0.8。这些结果与最近的实验结果一致。
2005-10-21 cond-mat.mes-hall
Many body renormalization of the minimal conductivity in graphene
弹道石墨烯在中性点处的电导是由于引线之间的相干电子隧穿，即所谓的伪扩散机制。尽管所涉及的物理机制不同，电导率以与扩散金属中相同的方式作为样品尺寸的函数缩放。电子-电子相互作用改变了这一机制，并在宏观量子现象中起着类似于环境的作用。我们表明，相互作用，以及外部门的存在下，大大改变了传输特性，并可能导致在中性点的电阻率发散。
2013-07-23 cond-mat.mes-hall
Interaction-induced magnetoresistance: From the diffusive to the ballistic regime
我们研究了任意T τ的二维电子电导率张量的相互作用引起的量子修正，其中T是温度，τ是输运平均自由时间。导出了一个通用公式，表示在经典传播（“弹道扩散”）方面的校正。该方法被用来计算在从扩散（T τ <<1）到弹道（T τ>1）的整个温度范围内，在经典的强横向场和光滑无序中，相互作用对磁电阻的贡献.
2003-01-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Significant ballistic thermal transport across graphene layers: effect of nanoholes and lithium intercalation
该研究通过分析多层石墨烯的声子输运特性，揭示倾斜传播声子模式主导跨面弹道热输运，并发现纳米孔抑制而锂插层增强跨面热传导，为范德华材料热管理提供指导。
2025-04-11 cond-mat.mes-hall
Bridging Finite Element and Molecular Dynamics for Non-Fourier Thermal Transport Near Nanoscale Hot Spot
Department of Mechanical Engineering, University of Utah（犹他大学机械工程系）
本文提出一种基于分子动力学和有限元方法的非傅里叶热传输分析框架，通过引入尺寸依赖的热导率模型，实现对纳尺度热点温度的高精度预测。
2025-12-30 cond-mat.mes-hall
Anomalous low-frequency conductivity in easy-plane XXZ spin chains
在XXZ自旋链的易平面区域，自旋输运是弹道式的，在非零温度下，Drude权重对各向异性$Δ= \cos πλ$的值具有不连续的分形依赖性。我们表明，这种结构必然意味着发散的低频电导率为通用的无理值$λ$。在广义流体力学的框架内，我们表明，在高温极限下的低频电导率在一个通用的各向异性尺度为$σ(ω) \sim 1/\sqrtω$，反常的响应发生，因为准粒子进行Lévy飞行。对于$λ$的合理值，发散在低频被切断，对弹道自旋输运的修正是扩散性的。我们还使用我们的方法来恢复，在各向同性点$Δ=1$，自旋输运是超扩散与$σ(ω) \sim ω^{-1/3}$。我们支持我们的结果与广泛的数值研究，使用矩阵乘积算子的方法。
2019-09-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
Thermal Transport at the Nanoscale - A Fourier's Law vs. Phonon Boltzmann Equation Study
稳态热输运纳米结构的尺寸相媲美的声子平均自由程检查。考虑了在不同温度下没有内部发热的接触和在相同温度下有内部发热的接触的情况。傅立叶定律的结果相比，有限体积法解决方案的声子玻尔兹曼方程的灰色近似。当边界条件被适当指定时，使用傅立叶定律而不修改体热导率所获得的结果与声子玻尔兹曼方程在弹道和扩散极限中基本上精确定量一致。本文对这两个极限之间的误差进行了检验。对于所研究的四种情况，正确应用傅里叶定律推导出的表观热导率误差小于6%。我们还发现，这里提出的傅立叶定律的结果是几乎相同的，从一个广泛使用的弹道扩散的方法，但分析更简单。虽然限于稳态条件下的空间变化在一个维度和一个灰色模型的声子输运，结果表明，傅立叶定律可用于线性传输从扩散到弹道极限。这些结果也有助于了解如何在纳米尺度的热传输可以理解的概念框架，已建立了电子输运在纳米尺度。
2016-12-09 cond-mat.mes-hall
Non-local linear-response functions for thermal transport computed with equilibrium molecular-dynamics simulation
我们建立了一种方法来计算线性响应函数来阐明热波和非局部热输运。该理论能够描述系统对在空间和时间上不均匀的外部热源的响应。响应函数的计算使用平衡分子动力学模拟的Ar晶体建模使用标准的Lennard-Jones势。结果表明，对于低温和短的长度尺度，运输可以部分或甚至完全弹道，与响应主要由晶格波的群速度限制。相比之下，在更长的长度尺度和更高的温度下，响应函数更接近傅立叶定律的扩散输运特性。它还示出了如何有效的热导率可以确定在一个部分弹道制度。结果表明，当系统尺寸小于晶格波的平均自由程时，观察到的有效热导率会降低。最后，我们展示了如何确定相关的响应函数可以用来模拟加热的晶体，而不需要额外的原子尺度的模拟。计算结果与傅立叶定律预测值之间的差异代表了波浪状的部分弹道输运。
2021-11-03 cond-mat.mes-hall
Topological Phononic Crystal on the Scale of Quasi-Ballistic Phonon Transport
本研究利用一维Su-Schrieffer-Heeger模型拓扑声子晶体，实验验证了准弹道声子输运尺度下的热行为与拓扑界面态理论预期一致，为波与扩散现象的统一控制铺平道路。
2025-09-16 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Wiedemann-Franz law for massless Dirac fermions with implications for graphene
在Crossno等人的2016年实验中[Science 351，1058（2016）]，发现电子对石墨烯热导率的贡献违反了众所周知的金属Wiedemann-Franz（WF）定律。在液氮温度下，电荷中性样品的热导率比WF定律预测的高10倍以上，这归因于粒子之间的相互作用导致流体力学描述的集体行为。在这里，我们表明，通过适应手册推导的WF法律的情况下，无质量狄拉克费米子，显着增强的热导率也应该出现在几个-甚至亚开尔文温度，在那里的相互作用的作用可以忽略不计。还提供了弹道石墨烯中矩形和盘形（Corbino）器件的Landauer-Büttiker形式主义内获得的数值结果的比较。
2021-04-16 cond-mat.mes-hall
Ballistic Heat Conduction and Mass Disorder in One Dimension
众所周知，在无序谐振链中，热传导是亚弹道的，并且热导率（$κ$）渐近地标度为$\lim_{L\rightarrow\infty}κ\propto L^{0.5}$，其中$L$是链长。然而，使用非平衡格林函数（NEGF）方法和分析建模，我们发现，存在一个临界的交叉长度尺度（$L_{C}$）低于弹道热传导（$κ\propto L$）可以共存的质量无序。这种弹道-亚弹道热传导交叉与声子透射函数$Ξ$（即$Ξ(ω,L)=\exp[-L/λ(ω)]$）的指数衰减有关，其中$λ$是频率相关衰减长度。交叉长度可以根据最小衰减长度来确定，最小衰减长度取决于最大发射频率。我们数值确定的频率和质量组成的透射率的依赖关系，以及推导出一个封闭的形式估计，同意密切的数值结果。对于长度相关的热传导，我们还推导出一个封闭的形式表示，同意密切与数值结果，并再现弹道亚弹道热传导交叉。这使我们能够在长度，质量组成和温度依赖性的变化方面的交叉特征，并确定条件下，热传导进入弹道制度。我们描述了如何修改质量组成，以增加弹道热传导
2014-09-03 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
An extensive thermal conductivity measurement method based on atomic force microscopy
本文提出一种在AFM上实现的测辐射热测温法，利用悬空样品区段的针尖局部热交换与电阻变化建模提取热导率，可在约20 nm分辨率和0.2 K扰动下覆盖扩散、弹道及宽温区低维材料。
2025-01-30 cond-mat.mes-hall
Nonequilibrium Green's function method for phonon-phonon interaction and ballistic-diffusive thermal transport
利用动量空间中的非平衡格林函数（NEGF）公式，系统地研究了有限温度下声子-声子相互作用。在准粒子近似下，由延迟自能得到声子频移和声子寿命。最低阶NEGF提供与费米黄金法则相同的声子寿命。热导率由具有唯象传递函数的Landauer公式预测。我们的方法的主要优点是，它涵盖了弹道和扩散的限制和热导不同的系统尺寸可以很容易地得到一旦模式依赖的声子平均自由程计算NEGF。作为例子，我们将该方法应用于两个一维原子链模型（FPU-β模型和B_2^4模型），并在此基础上引入了一个附加的谐振子在位势.将所得热导率与准经典分子动力学方法的结果进行了比较。在FPU-β模型中引入了调和在位势，消除了导热系数的发散。
2008-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multiscale Phonon Conduction in Nanostructured Materials Predicted by Bulk Thermal Conductivity Accumulation Function
我们开发了一个计算框架，玻尔兹曼输运方程的基础上，具有计算的能力，在任何几何形状的纳米结构材料的热输运作为唯一的输入的体积热导率累积函数。我们的方法的主要优点是双重的。首先，虽然大多数材料的散射时间和色散曲线是未知的，但声子平均自由程分布可以通过实验直接获得。因此，与频率依赖方法相比，可以模拟更广泛的材料。其次，当声子色散可从第一性原理计算，我们的方法允许一个容易地包括整个布里渊区的计算，而不离散的声子频率的所有极化，大大减少了计算工作量。此外，在推导出我们模型的弹道和扩散极限后，我们开发了一个多尺度方案，该方案将不同尺度的声子输运耦合起来，从而能够有效地模拟具有宽声子平均自由程分布的材料。在我们验证了我们的模型对频率依赖的方法，我们将该方法应用到多孔硅膜，并找到良好的协议与实验中尺度孔。通过研究未开发的纳米结构材料中的热传输，我们的方法有可能推进高效热电器件。
2014-10-16 cond-mat.mes-hall
Ballistic to diffusive crossover of heat flow in graphene ribbons
纳米材料中的热流是一个重要的研究领域，具有基础和技术意义。然而，很少有人知道在二维（2D）设备或互连的尺寸相当于声子平均自由程（MFP）的热流。在这里，我们发现短的四分之一微米的石墨烯样品在室温下达到了弹道热导极限的35%，这是由衬底支撑的石墨烯中相对较大的声子mfp（~100 nm）实现的。相比之下，将类似的样品图案化成纳米带（GNRs）导致由带宽度和边缘无序控制的扩散热流状态。在边缘控制状态下，GNR热导率随宽度的变化近似为~W^{1.8+/-0.3}，在室温下，在65 nm宽的GNR中约为100 W/m/K。在声子mfp的尺度上操纵器件尺寸可以用来实现对它们的载热性质的完全控制，接近基本上有限的上限或下限。
2013-04-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Grain boundary-limited thermal transport in suspended thin graphite across an unexplored thickness regime
本研究测量了234-527 nm悬浮薄石墨的热导率，发现其低于微米厚石墨且无声子流体动力学特征，通过引入晶界散射的第一性原理模型复现了实验趋势，揭示了准二维材料热输运机制。
2025-09-12 cond-mat.mes-hall
Non-diffusive Lattice Thermal Transport in Si-Ge Alloy Nanowires
我们提出了一个计算的晶格热导率的硅锗纳米线（NWs）的基础上解决玻尔兹曼输运方程的抽样声子平均自由程的蒙特卡罗方法。我们增加了以前的工作与完整的声子色散和部分扩散动量依赖镜面模型的边界粗糙度散射。我们发现，声子飞行是由几个μm以上的长自由飞行的混合中断的短飞行的突发，导致在一个沉重的尾部分布的飞行长度，通常遇到的Lévy步行动力学。因此，在硅锗纳米线声子运输既不完全弹道也不扩散，而是，它落入一个中间制度称为超扩散，其中热导率的规模与作为$κ\propto L^α$的NW的长度与长度依赖性$α\approx 0.33$的指数在广泛的范围内的线长度10纳米$<L<$ 10 $μ$ m的直径和粗糙度无关。我们的结论是，在硅锗合金纳米线的热导率是长度依赖于高达10 $μ$ m，因此可以调整热电应用。
2016-10-26 cond-mat.mes-hall
Thermal conductivity and thermal rectification of nanoporous graphene: A molecular dynamics simulation
使用非平衡分子动力学（NEMD）模拟，我们研究了所谓的纳米多孔石墨烯（NPG）片的热性质，该片以有序的方式包含一系列纳米孔，最近合成（Science 360（2018），199）。研究了热导率与样品尺寸、边缘手性和孔隙浓度的关系。我们的研究结果表明，NPG的热导率是约两个订单相比，原始石墨烯。因此，该片材可用作热电材料。此外，孔隙率浓度有助于我们调整导热率。此外，结果表明，由于弹道输运，热导率随着样品长度的增加而增加。另一方面，沿扶手椅方向的导热系数大于锯齿形方向。我们还研究了NPG和石墨烯界面的热性质。温度通过界面显著下降，导致热阻。热阻随热流方向的不同而变化，这种差异导致了较大的热整流系数，热流方向也不同。此外，为了从根本上研究这些物理量，我们还研究了声子态密度及其散射。
2019-06-11 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Phase-coherent heat circulator based on multi-terminal Josephson junctions
本文从理论上提出了一种基于弹道多端约瑟夫森结的相位相干热环行器。通过磁通量或超导相偏置的时间反演对称性的破坏允许热量优先在一个方向上从一个端子流动到下一个端子，而在相反方向上的热流被抑制。我们发现，我们的设备可以在很宽的参数范围内实现高的循环效率，并且其性能对于无序的存在是稳健的。我们提供了估计的预期热流为现实的样品。
2018-10-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Effects of heating strategies and ballistic transport on the transient thermal conduction in 3D FinFETs
该研究针对3D FinFET非连续加热的瞬态热传导问题，对比三种加热策略下声子BTE解与宏观扩散方程的结果，揭示了加热策略对热传导的影响及宏观模型在热点区域的局限性。
2025-01-13 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Ballistic Thermal Transport at Sub-10 nm Laser-Induced Hot Spots in GaN Crystal
氮化镓（GAN）是一种典型的宽带隙半导体，在广泛的电子应用中起着关键作用。当器件的特征长度达到纳米级时，由于热耗散，纳米级热点处的弹道热传输将大大降低器件的性能。在这项工作中，我们开发了一种尖端增强拉曼测温方法来研究GAN中10 nm范围内的弹道热输运，同时实现激光加热和测量局部温度。拉曼光谱结果表明，从Au涂层尖端聚焦热点的温度升高高达两倍（40 K）比在裸尖聚焦区域（20 K）。为了进一步研究这种温差背后的可能机制，我们进行了电磁模拟，以产生高度聚焦的加热场，并观察到高度局部化的光学穿透，范围为10 nm。GAN衬底的声子平均自由程（MFP）因此可以通过将数值模拟结果与实验测量的温度增加进行比较来确定，所述温度增加与由模式特定热导率加权的平均MFP良好地一致，如从第一原理模拟计算的。我们的研究结果表明，声子MFP的材料可以通过实验和模拟相结合，可以找到广泛的应用在GaN基电子的热管理快速预测。
2022-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thermal Transport in One Dimensional Electronic Fluid
本文研究了一维电子流体的热导率。多体希尔伯特空间被划分为玻色子和费米子部门进行并行的热流。对于短于玻色子Umklapp时间的时间，玻色和费米分量的动量分别守恒，产生与$T / iω$成比例的弹道热传播和虚热导率。热导率的实部由费米子和玻色子激发的衰减过程控制，导致频率依赖性的几个制度。在最低频率或最长尺度下，热输运主要由低动量玻色子的L é vy飞行控制，这导致热导率分别与频率$ω$和系统尺寸$L$成分数标度，即$ω^{-\frac{1}{3}}$和$L^{1/3}$。
2019-05-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el hep-th
Reduced-Order Model to Predict Thermal Conductivity of Dimensionally-Confined Materials
针对BTE计算开销大的问题，提出基于弹道修正模型(BCM)的解析降阶模型，用于预测尺寸受限纳米结构的热导率，与BTE模拟高度吻合，旨在加速热管理与能量转换材料的筛选。
2023-08-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon dynamics and thermal conductivity of PtSe2 thin films: Impact of crystallinity and film thickness on heat dissipation
我们提出了一个比较调查的结晶度和薄膜厚度的影响的声学和热性能的二维层状PtSe 2薄膜的厚度（0.6-24 nm）相结合的一套实验技术，即频域热反射，低频拉曼和泵浦探测相干声子光谱。我们发现，由于声子晶界散射的厚度大于12 nm的多晶薄膜的跨平面的热导率相比，相同厚度的结晶膜减少了35%。密度泛函理论的计算结果与实验结果吻合较好，进一步揭示了一定厚度（~20 nm）的PtSe 2中跨平面热输运的弹道性质。此外，我们的实验揭示了强的层间相互作用在PtSe 2，短的声学声子寿命在皮秒范围内，面外弹性常数C33=31.8 GPa和层依赖的群速度范围从1340 m/s的双层PtSe 2到1873 m/s的8层PtSe 2。通过结晶度水平和相干声子动力学的实时观察来调整层状2D材料的晶格跨平面热导率的潜力，这对电子的冷却和传输有直接影响，为2D热电器件的研究开辟了一个新的领域，并为2D电子器件的热管理提供了指导方针。
2021-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
