Combined treatment of phonon scattering by electrons and point defects explains the thermal conductivity reduction in highly-doped Si
在高P和B掺杂的硅晶格热导率的降低机制进行了详细的研究。声子的散射率的点缺陷，以及由电子，从第一性原理计算。晶格热导率计算考虑这些散射机制单独和一起。结果发现，在低载流子浓度和温度下，声子散射的电子是占主导地位的，可以重现实验的热导率降低。然而，在较高的掺杂浓度的点缺陷的声子的散射率占主导地位的电子，除了最低的声子频率。因此，即使在室温下，点缺陷引起的声子散射在高于$10^{19}$ cm $^{-3}$的缺陷浓度下也对Si中的热导率降低有实质性贡献。只有同时考虑点缺陷和电子对声子的散射，才能在所有温度下与实验值吻合得很好。
2019-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Phonon Dispersion Effects and the Thermal Conductivity Reduction in GaAs/AlAs Superlattices
利用精确的晶格动力学模型，对实验观察到的（GaAs）_n/（AlAs）_n（或n × n）超晶格（2x2）、（3x 3）和（6x6）结构的热导率沿生长轴的数量级减小进行了理论研究.由于超晶格的几何形状的声子色散关系的修改导致平坦的声子分支，因此较低的声子速度。这种效应被证明占的导热系数的三分之一的减少相对于体GaAs沿生长方向;其余的是可归因于声子寿命的减少。色散相关还原对温度（100 < T <300 K）和n相对不敏感。声子寿命的减少是最大的（2 × 2）结构和更大的界面散射一致。热导率的降低被证明是明显更敏感的GaAs/AlAs力常数的差异比那些与分子质量。
2000-05-01 cond-mat.mtrl-sci
Phonon anharmonicity and thermal conductivity of two-dimensional van der Waals materials: A review
二维（2D）范德华（vdW）材料由于量子限制效应而具有非凡的热性质，使得它们在微电子器件中的热电能量转换和热管理方面具有前景。本文对三声子和四声子相互作用引起声子非谐性的机制进行了讨论。详细地总结和推导了二维vdW材料的声子非谐性，包括格林奈森参数、声子寿命和热导率。从实验和理论上讨论了典型二维vdW材料的热导率随尺寸的变化。这篇综述将介绍如何评估二维vdW材料中声子非谐性的基础知识和先进知识，这将有助于设计与能量转移和转换相关的新结构和材料。
2022-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Lattice Vibration, Raman Modes and Room-Temperature Spin-Phonon Coupling in Intrinsic 2D van der Waals Ferromagnetic Fe3GaTe2
针对二维范德华磁体Fe3GaTe2中晶格振动与铁磁性相互作用未被探索的问题，本文研究其晶格振动、拉曼模式及室温自旋-声子耦合，首次实验识别其室温自旋-声子耦合，为自旋电子学应用提供基础。
2024-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Layer thickness-dependent phonon properties and thermal conductivity of MoS2
对于常规材料，当厚度减小时，由于声子边界散射，薄膜的热导率通常被抑制。然而，对于范德瓦尔斯固体，如果厚度减少到只有几层，则不一定如此。本文采用基于第一性原理的Peierls-Boltzmann输运方程方法研究了多层MoS 2中声子性质和热导率随层厚的变化。发现当其厚度从一层增加到三层时，天然存在的MoS 2的基面热导率从138 W/mK单调减小到98 W/mK，而同位素纯MoS 2的基面热导率从155 W/mK单调减小到115 W/mK。三层MoS_2的热导率接近块状MoS_2的热导率。声子色散的变化和厚度引起的非谐性对解释这种热导率降低都很重要。双层MoS 2中增加的非谐性导致ZAi模的更强的声子散射，这与单层MoS 2中对称性的破坏有关。
2016-01-02 cond-mat.mtrl-sci
Experimental determination of phonon thermal conductivity and Lorenz ratio of single crystal metals: Al, Cu and Zn
我们用磁热电阻法测量了纯单晶金属在宽温度范围内的晶格热导率。施加大的横向磁场以抑制电子热传导。测量了总热导率和电导率随外加磁场的变化。然后通过外推零电导率下的热导率与电导率曲线来提取晶格热导率。我们用这种方法在5 ~ 60 K温度范围内测量了Al（100）、Cu（100）和Zn（001）单晶的晶格热导率和洛伦兹数。我们的结果表明，所测量的声子热导率随温度的变化曲线在德拜温度的十分之一附近有一个峰值，并且发现Lorenz数在中间温度范围内偏离Sommerfeld值。
2017-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Experimental determination of phonon thermal conductivity and Lorenz ratio of single crystal bismuth telluride
用磁热电阻法测量了Bi $_2$ Te $_3$单晶在5 ~ 60 K的晶格热导率。在测量热导率和电阻率时，我们施加一个大的横向磁场来抑制电子热传导。然后通过将热导率对电导率曲线外推至零电导率值来计算晶格热导率。结果表明，在中温区，声子热导率服从$e^{(Δ_{min}/T)}$温度关系，Lorenz比对应于修正的Sommerfeld值.我们对Bi $_2$ Te $_3$的低温实验数据和分析是对Goldsmid [14]先前测量和Broido $\textit{et al.}$ [21]在100 - 300 K高温下的理论计算的重要补充。
2017-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Microscopic mechanism of low thermal conductivity in lead-telluride
研究了碲化铅单晶低晶格热导率的微观物理机制。模式相关的声子（正常和umklapp）散射率和它们对热导率的影响进行了量化的第一性原理为基础的非谐晶格动力学计算，准确地再现在很宽的温度范围内的热导率。PbTe的低热导率归因于具有大非谐性的横向光学声子对纵向声学声子的散射以及软横向声学声子的小群速度。这导致增强光学声子的相对贡献，光学声子通常是体材料中的次要热载体。
2012-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Modulation of Thermal Conductivity in Kinked Silicon Nanowires: Phonon Interchanging and Pinching Effects
我们进行分子动力学模拟，以研究在硅纳米线的扭结的热导率的降低。在室温下还原率可高达70%。还计算了还原的温度依赖性。通过计算声子极化矢量，发现两种机制是导致热导率降低的原因：（1）纵向声子模和横向声子模之间的相互作用;（2）扭曲和横向声子模的箍缩效应，即一种新的局域化机制.我们的工作表明，声子互换和箍缩效应，诱导扭结，是全新的和有效的方式在调制的纳米线的热传递，这使得扭结硅纳米线是一个有前途的候选热电材料。
2013-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Significant reduction of lattice thermal conductivity in suspended graphene by charge doping
降低石墨烯的晶格热导率对于其热电应用至关重要。在高电子密度系统中，电子对声子的散射不小于其他声子对声子的散射。借助第一性原理计算，我们通过诱导电子-声子散射来研究石墨烯的晶格热导率。在实验可调的载流子密度下，我们发现$\sim 50\%$降低了200 K时的晶格热导率。本研究为石墨烯的潜在热电应用开辟了新的途径。
2019-08-07 cond-mat.mtrl-sci
Implications of phonon anisotropy on thermal conductivity of fluorite oxides
本研究分析萤石氧化物中方向依赖的声子群速度与寿命，证明体热导率本质各向同性，但有限尺寸非平衡分子动力学中的边界散射等外在刺激会引发表观各向异性，并强调低对称方向的贡献。
2023-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Vibrational and electron-phonon coupling properties of \b{eta}-Ga2O3 from first-principles calculations: Impact on the mobility and breakdown field
宽禁带半导体\b{eta} -Ga 2 O 3在大功率和高温电子学中显示出良好的应用前景。\b{eta} -Ga 2 O 3的声子在确定其重要的材料特性中起着至关重要的作用，这些特性用于这些应用，例如其热输运、载流子迁移率和击穿电压。在这项工作中，我们应用密度泛函理论和密度泛函微扰理论的基础上的预测计算来了解的振动特性，声子-声子相互作用，和电子-声子耦合的\b{eta} -Ga 2 O 3。我们计算的方向依赖的声子色散，包括LO-TO分裂和同位素取代的影响，并量化的红外和拉曼激活模式，声速的频率，和材料的热容。我们计算的光模Grüneisen参数反映了\b{eta} -Ga 2 O3单斜晶体结构的非谐性，并有助于解释其低热导率。我们还评估了最低导带的电子-声子耦合矩阵元素，以确定声子模式，限制在室温下的迁移率，我们确定为一个偏振光模式的声子能量为29毫电子伏。我们进一步应用这些矩阵元素来估计\b{eta} -Ga_2 O_3的击穿场。我们的振动特性的\b{eta} -Ga 2 O 3的理论表征突出了其高功率电子应用的可行性，并提供了一条路径，为改善设备性能的材料的实验开发。
2019-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Accurate prediction of thermal conductivity of Al2O3 at ultrahigh temperatures
针对高温下复杂晶体晶格热导率偏离传统1/T衰减趋势的问题，本研究通过考虑多类声子散射与有限温度修正，精准预测了Al₂O₃从室温到近熔点的热导率，明确了不同温度下各贡献组分的占比及相关效应的影响，还验证了Green-Kubo MD的适用性。
2023-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Controlling Thermal Conductivity of Two-dimensional Materials via Externally Induced Phonon-Electron Interaction
电子引起的声子散射，或称“声子-电子散射”，已被认为是高电子浓度材料中声子的重要散射通道，例如热电和纳米电子，即使在室温下也是如此。尽管先前对不同类型的三维（3D）块体材料中的声子-电子散射进行了大量的研究，但其对二维（2D）材料的声子输运以及因此对传热性质的影响尚未被理解。在这项工作中，我们应用从头算方法计算的声子-电子散射率在两个代表性的二维材料，硅烯和磷烯，并检查通过外部诱导的声子-电子散射静电门控制这些材料的热导率的潜力。我们还开发了一个分析模型来解释减少维数和不同的电子和声子分散体在2D上的声子-电子散射过程的影响。我们发现，超过40%的晶格热导率的减少可以实现在硅烯与诱导的电荷载流子浓度的范围内的$10^{13}~cm^{-2}$，这是实验上可以实现的。我们的研究不仅对二维材料中的声子输运产生了新的基本见解，而且为寻找具有强声子-电子散射的二维材料提供了实用的指导，以用于潜在的热开关应用。
2019-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Fluctuation-based evaluation of thermal conductivity using deviational phonon Monte Carlo simulations
Tokyo University of Agriculture and Technology（东京农工大学）
该研究在声子玻尔兹曼输运方程框架下提出基于涨落的偏差声子蒙特卡罗方法，无需热库即可从单次模拟评估多方向热导率，经多种硅结构验证，结果与理论一致。
2026-10-14 cond-mat.mtrl-sci
FourPhonon: An extension module to ShengBTE for computing four-phonon scattering rates and thermal conductivity
FourPhonon是一个计算软件包，可以计算晶体中的四声子散射率。它是建立在ShengBTE框架，这是一个公认的晶格热导率求解器的基础上玻尔兹曼输运方程。采用自适应能量展宽方法计算了四声子散射率。与ShengBTE中的$thirdorder.py$类似，我们还提供了一个单独的Python脚本$Fourthorder.py$来计算四阶原子间力常数。扩展模块保留了ShengBTE的所有优秀功能，包括良好的并行性和简单的工作流程。本文讨论了Si、BAs和$\mathrm{LiCoO_2}$的一般理论、程序设计和实例计算。
2021-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Four-phonon scattering diminishes the optical phonon contribution and isotope effect to thermal conductivity of III-V semiconductors
最近的研究表明，四声子散射在确定固体的热导率方面通常是重要的。然而，这些研究一直集中在材料的热导率$κ$是占主导地位的声学声子，和四声子散射的影响，虽然显着的，仍然是一般小于三声子散射。在这项工作中，以AlSb为例，我们证明了四声子散射是更关键的三声子散射，因为它减少了光学声子的热输运，因此显着降低材料的热导率，其中光学分支具有长的三声子寿命。同时，我们的计算表明，四声子散射可以在削弱$κ$的同位素效应方面发挥极其重要的作用。具体地说，四声子散射减少了70 $\%$和50 $\%$，分别同位素纯和自然发生的AlSb的室温$κ$。同位素纯的和天然存在的c-GaN的还原分别为约34 $\%$和27 $\%$。对于同位素纯的w-GaN，室温下的还原约为13 $\%$，400 K下的还原约为25 $\%$。这些结果为实验工作者在III-V族化合物中实现高热导率以应用于半导体工业提供了重要的指导。
2019-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Understanding the flat thermal conductivity of La2Zr2O7 at ultrahigh temperatures
本研究使用三种第一性原理方法预测La2Zr2O7热导率，发现基于温度依赖机器学习势的MD和Wigner形式体系能成功重现超高温度下平坦热导率，并量化了diffuson、声子和辐射的贡献及标度律。
2024-04-28 cond-mat.mtrl-sci
Simphony: A full tight-binding package for lattice vibrations and topological phonon analysis
本文介绍开源软件 Simphony，它基于 Wannier 紧束缚模型，通过能带、表面谱、Wilson 回路和 Weyl 节点等分析实现拓扑声子诊断，并支持长程极性相互作用。
2025-07-24 cond-mat.mtrl-sci
High Phonon Scattering Rates Suppress Thermal Conductivity in Hyperstoichiometric Uranium Dioxide
二氧化铀（UO $_2$）是最重要的核燃料之一，它能以间隙缺陷的形式积累过量的氧原子，从而显著影响热性能。在这项研究中，热传导和非弹性中子散射测量UO $_2$和UO $_{2+x}$（x=0.3，0.4，0.8，0.11）在低温下（2-300 K）进行。与UO $_2$相比，UO $_{2+x}$的热导率被显著抑制，除了在Néel温度TN= 30.8 K附近，其中它与x无关。声子测量表明，UO $_2$和UO $_{2+x}$的热容和声子群速度相似，UO $_{2+x}$的热导率受到抑制是由于声子散射率较高所致.这些新的见解推进了我们对先进核燃料热传输特性的基本理解。
2022-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Soft phonons and ultralow lattice thermal conductivity in the Dirac semimetal Cd3As2
最近，Cd 3As 2作为一种典型的狄拉克半金属吸引了广泛的研究兴趣，它在费米能级附近具有三维线性色散电子带。以前的研究表明，单晶Cd 3As 2具有非常低的晶格热导率，在300 K时范围为0.3 W/mK至0.7 W/mK，这归因于点缺陷。在这项工作中，我们结合第一性原理晶格动力学计算和温度依赖的高分辨率拉曼光谱的高品质单晶薄膜生长的分子束外延揭示了一组软光学声子模式的存在下，在布里渊区中心的Cd 3As 2。这些软声子模式显着增加的散射相空间的热携带的声学声子和低晶格热导率的Cd 3As 2的起源。此外，我们表明，声子-声子Umklapp散射率和软光学声子频率之间的相互作用解释了不寻常的非单调的温度依赖性的晶格热导率的Cd 3As 2。我们的研究结果进一步表明，软声子模式可能是由与狄拉克节点相关的Kohn异常引起的，类似于石墨烯和Weyl半金属中的类似但较弱的效应。
2019-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of Magnesium Telluride (MgTe) -- A first principles study
本文采用密度泛函理论和Boltzmann输运方程，研究了碲化镁（MgTe）在岩盐、锌矿、纤锌矿和镍砷（NiAs）等不同晶相下的热导率（k）。我们的第一性原理计算结果表明MgTe具有低的热导率，其热导率为kNiAs < krocksalt < kwurtzite <kzinchalt。系统地研究了横向声学（TA）、纵向声学（LA）和光学声子的群速度、声子散射率和模式贡献热导率。我们的第一性原理计算表明NiAs相的超低热导率（2.645 Wm-1 K-1）是由于TA和LA声子被低频光学声子的主要散射。我们还分析了MgTe的热导率在纳米尺度上的长度依赖性。在纳米长度尺度，如50 nm的NiAs相，小于1.4 Wm-1 K-1的室温热导率显示了MgTe的热电应用的有前途的性质。
2021-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Stone-Wales defects on the thermal conductivity of graphene
采用形变势方法研究了石墨烯中Stone-Wales（SW）缺陷引起的应变场对声子的散射问题。在玻恩近似下得到了声子-SW散射的声子平均自由程的显式表达式。平均自由程表现出特定的$q$依赖性，在低波矢下变化为$q^{-3}$，在大的$q$下取恒定值。在考虑三声子umklapp散射、SW散射和粗糙边散射的情况下，计算了石墨烯纳米带的热导率。由于SW缺陷的热导率显着下降，而在室温和以上的声子-声子umklapp散射成为主导，在低温下被发现。与空位缺陷情况的比较表明，它们在较宽的温度范围内对GNRs热导率的降低起着更重要的作用。
2015-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Phonon transport in $\mathrm{Na_2He}$ at high pressure from a first-principles study
采用第一性原理计算和线性化的声子Boltzmann方程，在单模弛豫时间近似（RTA）下，研究了高压下新近制备的$\mathrm{Na_2He}$的声子输运.计算出的室温晶格热导率为149.19 $\mathrm{W m^{-1} K^{-1}}$，这与Si的晶格热导率非常接近。结果表明，低频光模占晶格热导率的16%，而高频光模的贡献可以忽略不计。高的晶格热导率是由于大的群速度，小的Gr $\mathrm{\ddot{u}}$奈森参数，和长的声子寿命。用声子平均自由程的累积热导率来考虑晶格热导率的尺寸效应。为了显著降低晶格热导率，要求特征长度小于100 nm，可降低36%。这些结果可能有助于理解巨行星内部发生的热传输过程。
2017-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Topological effect on thermal conductivity in graphene
通过分子动力学模拟，比较了石墨烯纳米带、碳纳米管和类石墨烯条（MGS）的导热性能，研究了拓扑结构对导热性能的影响.研究发现，MGS的热导率不到石墨烯纳米带的一半。MGS获得如此低的热导率的潜在机制可以归因于增强的声子-声子散射和局域化性质，这是由Mobius带的非平凡拓扑结构引起的。此外，通过计算MGS的尺寸，较低的长度/宽度比降低了其热导率，因为声子-声子散射和局部化可能会进一步提高。
2011-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous thermal transport in metallic transition-metal nitrides originated from strong electron-phonon interactions
金属过渡金属氮化物（TMN）是一种具有广泛应用前景的导电陶瓷，其热输运特性在器件设计中具有重要意义。研究发现，金属TiN和HfN具有不同于普通金属和非金属TMN的反常热输运行为。它们具有非常大的固有声子热导率，主要是由于大的声光声子频率间隙。考虑声子-同位素散射和声子-电子散射后，声子热导率降低了两个数量级，同时也导致了声子热导率的非平凡的温度无关行为. TiN和HfN中均存在嵌套费米面，这导致了强烈的电子-声子耦合，严重损害了声子和电子的输运。声子成分在总热导率中所占的比例异常大，在300 K时TiN为29%，HfN为26%。薄膜的结果也表明，声子热导率可以有效地限制尺寸。我们的研究结果提供了对金属TMN中的热传输的深入理解，并扩展了金属热传导理论的范围。
2020-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Revisiting phonon thermal transport in two-dimensional gallium nitride: higher-order phonon-phonon and phonon-electron scattering
本研究针对二维氮化镓热导率计算的差异问题，发现有限差分法中四阶原子间力常数易高估四声子散射影响，明确四声子散射使热导率降65.6%，且高载流子浓度下声子-电子相互作用对其热导率影响可忽略。
2024-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Vibrational properties of graphene nanoribbons by first-principles calculations
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了石墨烯纳米带的振动性质。我们证实了具有扶手椅型和锯齿型边缘的石墨烯纳米带的声子模式可以被解释为基本振荡及其泛音。这些示出了对纳米晶宽度的特征依赖性。此外，我们表明，纳米带的计算出的伽玛点声子频率到石墨烯的声子色散的映射对应于纳米带的布里渊区到石墨烯的布里渊区的“展开”。我们考虑了自旋态对锯齿形纳米带声子谱的影响，并将我们的结果与过去的研究进行了比较。
2009-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Knudsen-Controlled Switching of Thermal Conductivity Response by Targeted Phonon Excitation
Bauman Moscow State Technical University（莫斯科国立鲍曼技术大学）；National University of Defense Technology（国防科技大学）；Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）
该研究提出了一种通过靶向声子激发实现努森数控制热导率响应切换的通用物理框架，揭示了块体与纳米薄膜体系中热导率响应的差异及规律。
2026-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Quantitatively Analyzing Phonon Spectral Contribution of Thermal Conductivity Based on Non-Equilibrium Molecular Dynamics Simulation I: From Space Fourier Transform
探测体材料中声子输运性质的详细光谱依赖性对于在各种技术中改善结构和器件的功能和性能至关重要。目前，这些信息只能通过平衡态分子动力学模拟（EMD）框架下的声子谱能量密度（SED）或等效的时域简正模分析（TDNMA）方法提供，而在非平衡态分子动力学模拟（NEMD）中还没有实现。在本文中，我们产生了一个新的方案直接基于NEMD和晶格动力学理论，称为时域直接分解方法（TDDDM），预测声子模式比热导率。用TDDDM方法研究了Lennard-Jones（LJ）Ar和Stillinger-Weber（SW）Si两种基准样品的热导率，并与SED和TDNMA方法的结果进行了比较.这两种情况下，我们发现极好的协议，这证实了我们的TDDDM方法的有效性。TDDDM的最大优点是它可以用来研究NEMD模拟中单个声子模的尺寸效应，这是目前EMD模拟中SED和TDNMA无法解决的问题。我们发现平均自由程大于系统尺寸的声子模在NEMD中被截断，对整体热导率的贡献很小。TDDDM为NEMD预测热导率中众所周知的强尺寸效应提供了直接的物理来源。
2015-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Electron Drag Effect on Thermal Conductivity in Two-dimensional Semiconductors
本文利用ab initio模拟研究二维半导体中的电子拖曳效应，发现室温下该效应可显著提高热导率，而在三维半导体中影响可忽略，并揭示了其维度差异的物理机制。
2024-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Modulating Thermal Conductivity via Targeted Phonon Excitation
本研究提出一种通过激发靶向声子调制热导率的量子策略，基于ab initio计算和分子动力学模拟，证明可将石墨烯热导率在1559至4093 W/m-K间调控，为量子热传导开辟了新途径。
2023-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Phonon transport in single-layer Mo1-xWxS2 alloy embedded with WS2 nanodomains
二维（2-D）过渡金属二硫属化合物（TMD）具有许多有趣的物理和化学性质，使其成为电子、光电和能源应用的理想材料。调节二维（2-D）材料的热导率可以扩展它们在许多这些领域中的适用性。在本文中，我们提出了一种策略，使用合金化和纳米畴抑制2-D材料的热导率。为了预测嵌入纳米畴的2-D合金的热导率，我们采用格林函数方法来评估由于合金化和纳米畴嵌入的声子散射强度。我们的第一性原理驱动的声子玻尔兹曼输运方程计算表明，单层二硫化钼的热导率可以降低到小于十分之一的本征热导率后，合金与W和引入纳米畴由于强散射的高和低频声子。并讨论了进一步降低导热系数的策略。
2016-08-19 cond-mat.mtrl-sci
First-principles phonon calculations for lattice dynamics, thermal expansion and lattice thermal conductivity of CoSi at high temperature region
本研究利用第一性原理声子理论计算了CoSi在高温区的实验热膨胀（$α(T)$）和晶格热导率（$κ_{L}$）。采用有限位移法和超原胞法计算了声子色散。$α(T)$的计算是在准调和近似下进行的。$κ_{L}$是在单模弛豫时间近似下用第一性原理非谐晶格动力学计算得到的。在温度范围$0-1300$ K内计算的$α(T)$与现有的实验数据有很好的匹配。在300 K时，计算得到的$κ_{L}$（$\sim$ 8.0 W/m-K）与实验值$\sim$ 8.3 W/m-K符合得很好。计算了由于声子-声子相互作用引起的声子寿命与温度的依赖关系，以了解$κ_{L}$的行为。目前的研究表明，基态声子色散从DFT方法得到的实验$α(T)$和$κ_{L}$给出了合理的解释。
2021-12-22 cond-mat.mtrl-sci
\textit{Ab initio} lattice thermal conductivity of MgSiO$_3$ across perovskite-postperovskite phase transition
采用声子准粒子方法，结合\textit{ab initio}分子动力学和晶格动力学模拟，研究了MgSiO $_3$后钙钛矿（MgPPv）在地球下地幔高温高压条件下的晶格热导率（$κ_{lat}$）.声子寿命从声子准粒子计算中提取，声子群速度从非谐声子色散计算，原则上捕获完整的非谐性。研究发现，在整个地幔最下部，包括D”区，MgPPv的$κ_{lat}$比MgSiO $_3$钙钛矿（MgPv）的大约25%，这主要是由于MgPPv具有较高的声子速度。两相之间声子速度的这种差异起源于MgPPv相对较小的原始细胞。系统地研究了MgPPv和MgPv的$κ_{lat}$的温度和压力依赖性。
2021-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Ultralow Lattice Thermal Conductivity in Complex Structure Cu26V2Sn6Se32 due to Interaction of Low-Frequency Acoustic-Optical Phonons
本研究揭示复杂大晶胞Cu26V2Sn6Se32因低频声学-光学声子相互作用及结构复杂性实现超低晶格热导率，并通过硫取代进一步提升热电性能。
2024-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Low thermal conductivity and triaxial phononic anisotropy of SnSe
在这项理论研究中，我们调查的硒化锡（SnSe）的热导率非常低的起源使用从头计算。我们得到的高温晶格热导率值接近那些无定形化合物。我们还发现三个晶轴之间存在很强的各向异性：其中一个面内方向比另一个更容易导热。我们的研究结果是兼容的大部分实验文献的SnSe，并从最近的一项研究报告的各向同性值显着不同。
2014-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Topological Metal of NaBi with Ultralow Lattice Thermal Conductivity and Electron-phonon Superconductivity
通过第一性原理和\emph{ab initio}紧束缚计算，我们发现化合物NaBi是一个三维非平凡拓扑金属.它的拓扑特征可以通过能带反转的存在、导出的有效Z $_2$不变量和Dirac锥存在下的非平凡表面态来证实。有趣的是，我们的计算进一步表明，NaBi表现出独特的组合性质之间的电子-声子耦合超导性与最近的实验测量和明显的各向异性，但极低的热导率很好的协议。自旋-轨道耦合效应对这些性质有很大影响。NaBi为研究金属、拓扑、超导和热导之间的关系提供了一个丰富的平台。
2014-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Using Targeted Phonon Excitation to Modulate Thermal Conductivity of Boron Nitride
本研究采用迭代玻尔兹曼输运方程和双温模型，验证了靶向声子激发可显著调控六方氮化硼的热导率，为二维材料热管理提供了新的有效手段。
2025-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Impact of Rattlers on Thermal Conductivity of a Thermoelectric Clathrate: A First-Principles Study
利用第一性原理晶格动力学方法研究了晶格振动对Ba $_{8}$ Ga $_{16}$ Ge $_{30}$晶格热导率的影响.比较声子性质的填充和空的笼形物，我们表明，摇铃造成10倍的声子的弛豫时间减少，通过增加声子-声子散射概率。相反的共振散射的情况下，在弛豫时间的减少发生在一个很宽的频率范围内，这是至关重要的解释异常低的热导率的笼形物。我们还发现，振子对声子群速度的影响是次要的，因为声子色散的平坦化只发生在有限的相空间中的布里渊区。
2015-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Giant Thermal-Conductivity Enhancement from Chiral-Phonon Pseudo-Angular Momentum Conservation
Nanjing Normal University（南京师范大学）；National University of Singapore（新加坡国立大学）；Nanjing University of Posts and Telecommunications（南京邮电大学）
本文通过揭示赝角动量守恒对手性声子热输运的隐藏选择规则，在螺旋碲中实现了5.30倍的热导率增强，并指出对称性分辨的赝角动量守恒是预测和调控手性晶体热导率的有效途径。
2026-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Low Lattice Thermal Conductivity of a Two-Dimensional Phosphorene Oxide
对声子输运机制的基本理解对于优化热电器件的效率是重要的。本文基于第一性原理密度泛函理论，通过求解声子玻尔兹曼输运方程，研究了磷烯氧化物（PO）的热输运性质。我们发现，PO表现出低得多的热导率（2.42-7.08 W/mK，在300 K）比其原始的对应物以及其他二维材料。为了理解这种低热导率的物理起源，我们仔细检查每个声子分支的热导率的贡献，通过评估各种模式依赖的量，包括Gruneisen参数，非谐三声子散射率，三声子散射过程的相空间。结果表明，PO的弹性褶皱结构导致了较小的声速; PO的破镜对称性使得ZA声子散射增加; PO中悬挂氧原子的相对自由振动引起了附加散射，导致声子寿命进一步降低.这些结果可以通过PO比磷烯具有更大的三声子过程相空间来验证。此外，我们表明，PO的热导率可以通过控制其尺寸或其声子平均自由程进行优化，这表明PO可以是一个有前途的候选低维热电器件。
2019-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity and phonon hydrodynamics in transition metal dichalcogenides from first-principles
从第一性原理出发，通过求解Boltzmann输运方程（BTE），对四种单层过渡金属二硫属化物MX $_2$（M = Mo，W; X = S，Se）的热导率进行了系统的研究.我们比较了三种不同的理论框架，以解决BTE超越弛豫时间近似（RTA），使用相同的一组内密度泛函理论（DFT）计算的原子间力常数，发现RTA严重低估MS $_2$材料的热导率。不同的声子散射弛豫时间的主要碰撞机制和相应的平均自由程（MFP）的计算允许评估预期的流体动力学行为在这种单层的热传输。这些计算表明，尽管它们的低热导率，本TMD可以表现出大的流体动力学效应，与石墨烯的流体动力学效应相当，特别是对于WSe $_2$在高温下。
2019-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity spectrum calculation from first-principles-based harmonic phonon theory
近年来，介电和半导体晶体的纳米结构化增强了其热导率的可控性。为了进行计算材料搜索以获得具有理想热导率的纳米结构材料，一个关键性质是原始单晶的热导率谱，其决定了纳米结构的适当长度尺度和不同种类纳米结构的相互适应性。虽然第一性原理声子输运计算已经变得容易，但非简谐晶格动力学计算仍然是扫描许多材料的繁重工作。为此，我们已经开发了一个经验模型，描述的热导率谱的谐波声子性质和体热导率。该模型进行了测试，几种晶体具有不同的结构和热导率，并确认再现的热导率谱和非谐计算的整体配置文件。
2016-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Length Dependent Thermal Conductivity Measurements Yield Phonon Mean Free Path Spectra in Nanostructures
在纳米结构如纳米线上的可变长度上的热导率测量提供了关于负责热传导的声子的平均自由程（MFP）的重要信息。然而，几乎所有的这些测量都是用平均MFP来解释的，即使许多晶体中的声子具有宽的MFP光谱。在这里，我们提出了一种重建方法来获得MFP光谱的纳米结构从可变长度的热导率测量。使用这种方法，我们调查最近报道的SiGe合金纳米线和悬浮石墨烯带的长度依赖的热导率测量。我们发现，最近对石墨烯的测量表明，石墨烯中70%的热量是由具有大于1微米的MFP的声子携带的。
2015-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of GeTe/Sb$_{2}$Te$_{3}$ superlattices measured by coherent phonon spectroscopy
利用飞秒相干声子谱研究了GeTe/Sb $_{2}$ Te $_{3}$超晶格的晶格热导率。在非晶和晶态GeTe/$_{2}$ SL薄膜中获得的时间分辨瞬态反射率在太赫兹（THz）频率下具有皮秒退相时间的相干$A_{1}$光学模式。基于德拜理论，我们计算了晶格热导率，包括晶界散射、点缺陷散射、umklapp过程和声子共振散射。结果表明，在非晶SL的热导率是较小的温度依赖性，归因于占主导地位的声子缺陷散射。
2011-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
On the low-temperature anomalies in the thermal conductivity of plastically deformed crystals due to phonon-kink scattering
以前的实验研究的塑性变形的铅晶体在超导状态下的热导率显示出强烈的异常的热导率。对于弯曲的${}^4\text{He}$样品的热导率也发现了类似的效果。到目前为止，对这些结果的理论解释仍然缺失。在本文中，我们将介绍声子扭结散射的过程，并表明它定性地解释了实验发现的异常。
2012-09-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Predicting Lattice Phonon Vibrational Frequencies Using Deep Graph Neural Networks
University of South Carolina（南卡罗来纳大学）；National Institute of Standards and Technology（国家标准与技术研究所）；Theiss Research
晶格振动频率与许多重要的材料性质有关，例如导热性、导电性以及超导性。然而，使用密度泛函理论（DFT）方法计算振动频率对于材料筛选中的大量样本来说计算量太大。在这里，我们提出了一种基于深度图神经网络的算法，用于高精度地从晶体结构预测晶体振动频率。我们的算法使用零填充方案来解决振动频谱的可变维度。对15,000和35,552个样本的两个数据集的基准研究表明，预测的聚合$R^2$得分分别达到0.554和0.724。我们的工作证明了深度图神经网络除了预测声子态密度（DOS）和电子态密度之外，还能够学习预测晶体结构的声子谱特性，其中输出维度是恒定的。
2021-11-10 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Cage-size control of guest vibration and thermal conductivity in Sr8Ga16Si30-xGex
我们提出了一个系统的研究的热导率，比热，电阻率，热电势和X射线衍射测量的单晶样品的赝四元I型笼形物系统Sr 8 Ga 16 Si 30-xGex，在0 < x < 30的全范围内进行。所有的样品都表现出金属行为与n型多数载流子。然而，热导率和比热强烈地依赖于x。当x从0增加到30时，晶格常数增加了3%，从10.446增加到10.726，Sr客体离子在四面体笼中的局域振动能从59（120）K降低到35（90）K。此外，在低温下的晶格热导率被大大抑制。事实上，在15 K下发现的x = 0的结晶峰逐渐减少，并在x > 20时消失，演变成x = 30时观察到的异常玻璃状行为。据发现，Sr客体运动的自由空间的增加直接相关的连续过渡，从中心的谐波振动到偏离中心的非谐波振动，从而增加客体的低能量模式和笼的声学声子模式之间的耦合强度。
2006-12-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Quantum mechanical prediction of four-phonon scattering rates and reduced thermal conductivity of solids
最近，基于第一性原理的微扰理论预测晶格热导率$κ$取得了重大成功。然而，它只包括三声子散射，因为假设四声子和更高阶的过程通常是不重要的。此外，直接评估四声子和高阶过程的散射率一直是一个长期的挑战。然而，在这项工作中，我们已经开发了一种形式主义，以明确地确定在整个布里渊区四声子散射的量子力学散射概率矩阵，并通过减轻计算的挑战，我们直接计算四声子散射率。我们发现，四声子散射率是可比的三声子散射率在中高温下，他们增加二次温度。因此，当四声子散射被包括在内时，Lennard-Jones氩的$κ$在80 K下减少了60%以上。此外，在较少的非谐材料-金刚石，硅，锗，$κ$仍然减少在高温下的四声子散射。此外，即使在低温下，光学声子的热导率也由四阶和更高阶声子散射主导。
2016-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Low lattice thermal conductivity of stanene
锡烯中声子输运的基本理解是至关重要的，以预测潜在的锡烯基器件的热性能。结合第一性原理计算和声子玻尔兹曼输运方程，得到锡烯的晶格热导率。锡烯中观察到低得多的热导率（11.6 W/mK），这表明热电效率高于其他2D材料。计算了声学声子和光学声子对晶格热导率的贡献。对三声子过程相空间的详细分析表明，声子散射通道LA+LA/TA/ZA $\leftrightarrow$ TA/ZA受到限制，导致高群速LA声子对热导率的贡献占主导地位.的热导率的尺寸依赖性进行了研究，以及热电纳米结构的设计的目的。
2016-02-22 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
High-temperature phonons in h-BN: momentum-resolved vibrational spectroscopy and theory
本研究利用动量分辨振动光谱在300至1300 K下观测h-BN声子能量位移及Umklapp过程，并通过密度泛函理论计算揭示其机制。
2023-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity suppression in uranium-doped thorium dioxide due to phonon resonant scattering
在这项工作中，二氧化钍（ThO $_2$，氧化钍）与低水平的替代铀（U）掺杂的热输运性质进行了探讨。我们观察到强烈的迹象，共振声子散射，声子和电子自由度之间的相互作用，除了常见的“杂质”散射由于质量和原子间力常数的差异，这种掺杂诱导。在水热合成的空间变化掺铀浓度的掺铀氧化钍单晶中研究了6%、9%和16%的掺铀浓度。在此晶体中，具有相对均匀的掺杂的等浓度区域位于局部热导率测量使用热反射技术。在77--300~K的温度范围内测量的热导率曲线与分析Klemens-Callaway热导率模型的预测进行比较，以确定不同声子散射机制的影响。在低温下，在这些掺杂水平的高度抑制的热导率表明，声子共振散射在U掺杂氧化钍的热导率降低中起着重要的作用。
2023-03-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Optical phonon contribution to the thermal conductivity of a quantum paraelectric
受最近实验结果的启发，我们研究了量子临界光学声子分支对顺电系统热导率的贡献。我们考虑了光学声子支与横向声学声子支的接近程度，并在Kubo形式下计算了它们对热导率的贡献。我们发现了低温幂律依赖的热导率为$T^α$，与$1 < α< 2$，（低于$T^3$行为）由于光学声子附近的量子临界点。这一结果与实验结果一致，表明量子涨落在这些材料的热传导中的重要性。
2021-07-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
