Scaling of phononic transport with connectivity in amorphous solids
以随机弹簧网络为模型系统，从理论上研究了协调对输运的影响。一个有效的介质近似计算的振动模式的态密度，它们的能量扩散率（运输的光谱测量）和它们的空间相关性的网络协调$z$是不同的。在这些网络失去刚性的情况下，获得了作为$z\to z_c$的临界行为。在某些频率$ω^*\sim z-z_c$处，出现从模式为平面波状的区域到扩展但强散射模式区域的急剧交叉，该频率不符合Ioffe-Regel准则。在$ω^*$以上，态密度和扩散率几乎不变。这些结果同意显着最近的数值观测排斥粒子附近的干扰阈值\cite{ning}。分析进一步预测，表征散射模式的位移的相关性的长度尺度随频率衰减为$1/\sqrtω$，而对于$ω<<ω^*$瑞利散射被发现与散射长度$l_s\sim (z-z_c)^3/ω^4$。有人认为，这种描述适用于石英玻璃，它比较以及与热导率数据，并在颗粒物质中的横向超声传播。
2010-03-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Universal ion-transport descriptors and classes of inorganic solid-state electrolytes
具有高离子电导率的固态电解质（SSE）对于绿色能量转换和存储技术（例如燃料电池、电催化剂和固态电池）的开发和大规模采用至关重要。然而，SSE是极其复杂的材料，其一般合理的设计原则仍然不确定。在这里，我们将第一原理材料建模，计算能力和现代数据分析技术结合起来，以解决这样一个基本的和技术上紧迫的问题。我们的数据驱动的调查表明，离子扩散率和其他材料的描述符之间的相关性一般是单调的，虽然不一定是线性的，最大的振动性质，并明确纳入非谐效应时，后者。令人惊讶的是，主成分和k-均值聚类分析表明，弹性和振动的描述符，而不是通常的化学成分和离子迁移率相关的，是最适合降低SSE的高复杂性，并将它们分类到通用类。我们的研究结果强调了考虑纳入温度效应的数据库的必要性，以提高我们对SSE的理解，并指出了能源材料设计的通用方法。
2022-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Diffusion in a $d$-dimensional rough potential
Clemson University（克莱姆森大学）；Lehigh University（理海大学）
通过平均首次通过时间分析，建立了任意维度下噪声固溶体中扩散率的解析模型，发现粗糙度总是降低扩散率，并与动力学蒙特卡洛模拟在低维下定量吻合。
2026-06-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Enhancement of Ion Diffusion by Targeted Phonon Excitation
离子扩散在各种应用中都很重要，但对固体中扩散过程的基本理解仍然缺失，特别是考虑到晶格振动（声子）和移动物种的相互作用。在这项工作中，我们介绍了两种形式主义，确定通过固体的离子扩散的正常模式的振动（声子）的个人贡献，基于（i）轻推弹性带（NEB）计算和（ii）分子动力学（MD）模拟。$\rm{Ge}$取代的$\rm{Li_3PO_4}$（$\rm{Li_{3.042}Ge_{0.042}P_{0.958}O_4}$）的模型离子导体的结果显示，晶格中超过87%的$\rm{Li^+}$离子扩散源自小于10%的频率在8和20 THz之间的振动模式的子集。通过故意将这些贡献模式的小的目标子集（小于1%）激发到更高的温度并且仍然将晶格保持在低温下，我们观察到扩散率增加了几个数量级，这与如果整个材料（即，所有模式）被激发到相同的高温。该观察结果表明，整个材料不需要被加热到升高的温度以增加扩散率，而是只有有助于扩散的模式，或者更一般地说，反应/过渡路径，需要被激发到升高的温度。这种新的理解确定了通过设计材料中的振动来增加扩散率和/或通过外部刺激/声子激发（例如，通过光子或其它相互作用），而不必改变化合物的化学性质。
2020-11-30 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Intermediate-temperature specific heat of solids and the rationale behind the Maier-Kelley empirical formula
本文从可解析的半谐振子哈密顿量出发建立第一性原理模型，推导出依赖爱因斯坦温度及其他物理参数的固体中高温比热表达式，成功解释铜、铝、铅、硅、锗的实验数据，并为 Maier-Kelley 经验公式提供了理论依据和系数表达式。
2025-08-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cond-mat.stat-mech
Biredox ionic liquids with solid-like redox density in the liquid state for high-energy supercapacitors
电化学反应的动力学在固体中比在液体中慢几个数量级，这是由于离子扩散率低得多。然而，固态使氧化还原物质的密度最大化，由于溶解度限制，其在液体中低至少两个数量级。关于电化学能量存储装置，这导致具有有限功率的高能量电池和具有众所周知的能量不足的高功率超级电容器。对于这样的设备，理想的系统应该赋予液态接近固态的氧化还原物质密度。在这里，我们报告了一种基于双氧化还原离子液体的方法，以实现批量样的氧化还原密度在液体一样的快速动力学。这些双氧化还原离子液体的阳离子和阴离子带有经历非常快速的可逆氧化还原反应的部分。作为它们用于高容量/高速率电荷存储的潜力的第一个证明，我们将它们用于氧化还原超级电容器。这些离子液体能够通过在电极的孔中储存大量电荷来使电荷储存与离子可接近的电极表面分离，以使自放电和漏电流最小化，这是由于将氧化还原物质保留在孔中，并且由于其宽的电化学窗口而提高工作电压。
2017-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Strain-Dependent Ionic Transport in Li3YCl6 Solid Electrolytes
William A. Brookshire Department of Chemical and Biomolecular Engineering, University of Houston（休斯顿大学威廉·A·布鲁克夏尔化学与生物分子工程系）；Institute of Fundamental and Frontier Sciences, University of Electronic Science and Technology of China（电子科技大学前沿科学与工程学院）
研究通过分子动力学模拟揭示Li3YCl6中离子传输的应变依赖性，发现应变影响扩散速率但不改变传输机制，揭示了温度依赖的两阶段阿伦尼乌斯行为。
2026-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Direct measurement of surface interactions experienced by sticky microcapsules made from environmentally benign materials
本研究结合实验、理论与模拟，探究了环境友好型核壳微胶囊与固体边界的短程相互作用，发现其通过瞬态系绳产生轻微黏性，归一化扩散系数比固体聚苯乙烯粒子小一个数量级，有利于消费品应用。
2024-08-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Importance of phonon contribution to the free migration energy of the O vacancy in BaZrO3
BaZrO 3具有优异的质子传导性和良好的高温稳定性。因此，它是一种很有前途的固体氧化物燃料电池电解质材料。BaZrO 3在高温下的稳定性通常由O空位的低扩散率来解释。目前的第一性原理密度泛函理论计算表明，在高温下的双正电荷的O空位的缓慢迁移不能单独由基态迁移能，而是由声子激发的自由迁移能的贡献。随着温度的升高，氧空位迁移的有效势垒增加。在燃料电池的工作温度约1000 K时，计算的O空位扩散率比仅使用基态迁移势垒确定的扩散率低一个数量级以上。计算的扩散系数数据与文献中的实验结果吻合得很好。研究表明，BaZrO_3的高温稳定性主要是由于声子对O空位自由迁移能的贡献。
2017-04-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
The role of the solid-melt interface in accelerating the self-catalyzed growth kinetics of III-V semiconductors
University of Michigan（密歇根大学）；Brookhaven National Laboratory（布鲁海文国家实验室）；University of Pittsburgh（匹兹堡大学）
本研究结合MLIP原子模拟与KMC模拟，揭示GaN-Ga熔体界面的有序Ga层调控N吸附自由能并降低迁移势垒，进而提出无拟合参数的多尺度输运模型以预测晶面依赖的GaN生长速率。
2025-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Influence of cation vacancy concentrations on ultra-low thermal conductivity in $(1-x)$BiVO$_4$-$x$Bi$_{2/3}$MoO$_4$ scheelite solid solutions
通过制备钒酸铋-钼酸铋固溶体陶瓷，发现仅添加极少量的阳离子空位即可使热导率大幅降低15%以上，同时保持高温稳定性，是制备热障和热电器件优质材料的最佳策略。
2023-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Investigating finite-size effects in molecular dynamics simulations of ion diffusion, heat transport, and thermal motion in superionic materials
本文研究了在平衡态分子动力学模拟中模拟盒的有限尺寸对不同类型的超离子导体的影响，这些超离子导体包括萤石结构的PbF 2、CaF 2和UO 2（II型），以及AgI的α相（I型）。Laravian验证的经验力场运行NS长模拟和提取几个属性的一般趋势，在不断增加的尺寸和在很宽的温度范围内。这项工作表明，对于所考虑的II型超离子导体，扩散率显着地取决于系统的大小和超离子制度转移到更大的温度在较小的细胞。此外，只有几百个原子的模拟能够捕获实验观察到的，特征变化的扩散过程中的活化能，发生在有序-无序过渡到超离子制度。而在α-AgI中，晶体尺寸对离子扩散的影响要弱得多。对于较小的电池，发现热导率通常较小，其中在显著较低的温度下也达到温度无关（Allen-Feldman）状态。组成固体基质的非移动离子的热运动的有限尺寸效应遵循适用于固体的简单定律。
2022-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Recombination of radiation defects in solid methane - neutron sources and cryo-volcanism on celestial bodies
固体甲烷在电离辐射下的物理化学性质近年来引起了人们极大的兴趣。本文介绍了固体甲烷辐射效应研究的新趋势。我们特别关注高能中子和电子束预辐照固体甲烷中的弛豫现象。我们比较了在10 K至100 K的温度范围内获得的实验结果与模型的基础上的假设，辐解缺陷重组发生在两个阶段，在两个不同的温度。在缓慢加热的固体甲烷样品的情况下，在10K下照射，复合的第一波发生在20K左右，另一个第二波发生在50和60K之间。我们还讨论了重组机制的打嗝现象中发现的J. Carpenter在20世纪80年代后期的作用。了解这些机制对于设计和操作用于先进中子源的固体甲烷慢化剂至关重要，也可能是天体上低温火山活动背后驱动力的一种可能解释。
2017-08-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Extracting hydrogel properties by watching hydrogel particles moving through solid ice
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）
本研究利用水凝胶颗粒在冰中因低温抽吸而移动的现象，以皮升级体积高分辨率测量其渗透率、压缩性和多孔弹性扩散系数，并发现经典预测模型不适用于真实水凝胶。
2026-09-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Crystal-like thermal transport in amorphous carbon
本文用神经网络机器学习势开展约10⁵原子的分子动力学模拟，揭示非晶碳热导率由传播型振动激发主导，其密度依赖性源于非谐敏感激发。
2024-05-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Universal Machine Learning Interatomic Potentials are Ready for Solid Ion Conductors
School of Materials Science and Engineering, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学材料科学与工程学院）；Zhangjiang Institute for Advanced Study, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学张江高等研究院）；Materials Genome Initiative Center, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学材料基因组计划中心）
本文系统评估六种通用机器学习原子间势在固态电解质中的表现，发现 MatterSim 在能量、力、热力学、弹性及锂离子扩散预测上综合最优。
2025-02-14 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Model-based study of a nanowire heating and dynamic axisymmetric necking by surface electromigration
本文建立耦合温度与半径非线性动力学的模型，研究表面电迁移下纳米线颈缩中的温度尖峰反馈效应，并给出保持固态的参数条件及尺寸对断裂处温度的影响。
2025-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci math-ph
A new paradigm for the low-T glassy-like thermal properties of solids
已知玻璃和无序材料在态密度、比热和热输运中显示出异常特征。然而，近年来，这些性质是否真的是反常的（和无序系统特有的），或者比以前认为的更普遍的问题出现了。新的实验和理论观察质疑玻色子峰的起源和T比热的线性完全来自无序和TLS。在有序或最小无序的化合物中，以及在标准解释不适用的无公度结构中，确实观察到了同样的性质。利用相子模式（例如在准晶和无公度晶格中）与扩散子之间的形式类比，以及振幅模式与光学声子之间的形式类比，我们提出了在这些性质背后存在更普遍的物理学。特别是，我们加强了这样的想法，即线性的T比热与低能量扩散模式，BP过剩可以简单地诱导由带隙的光学类模式。
2020-08-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
