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
Material Characteristics Governing In-Plane Phonon-Polariton Thermal Conductance
本研究探究声子-极化子面内热导的材料依赖性，发现其变化幅度超一个数量级，超薄层下与声子热导相近，并提出由光学声子参数构成的品质因数解释热导差异的来源。
2023-10-04 cond-mat.mtrl-sci
The Role of Thermalizing and Non-thermalizing Walls in Phonon Heat Conduction along Thin Films
声子边界散射通常使用Fuchs-Sondheimer理论来处理，该理论假设声子被热化到边界处的局部温度。然而，这种热化过程是否真的发生及其对热输运的影响仍然不清楚。在这里，我们研究沿薄膜与热化和非热化壁的热输运通过求解光谱玻尔兹曼输运方程（BTE）的稳态和瞬态输运。我们发现，在稳态下，热输运是由Fuchs-Sondheimer理论，是不敏感的边界是否热化或不。相反，在瞬态条件下，热化壁和非热化壁的热衰减速率显著不同。我们还表明，瞬态运输，热化边界条件是非物理的，由于违反边界处的热流守恒。我们的研究结果提供了深入了解边界散射过程中的热声子在一个范围内的加热长度尺度是有用的解释热测量纳米结构。
2015-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature Magnetic Thermal Switching by Suppressing Phonon-Magnon Scattering
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；University of Notre Dame（圣母大学）
研究通过抑制声子-磁子散射，在室温下实现 gadolinium 的热导率调控，揭示了铁磁材料中磁子散射对热导率的关键作用，为磁控热开关材料提供新思路。
2024-01-11 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
A Phonon Boltzmann Study of Microscale Thermal Transport in $α$-RDX Cook-Off
$α$ RDX的微尺度热输运性质被认为是引发过程中的主要因素。在这项研究中，我们提出了一个彻底的检查声子性质占主导地位的能量存储和传输在$α$ RDX。确定了所有声子分支的声子寿命，揭示了声子模式之间能量转移的特征时间尺度。声子参数也作为输入到一个完整的布里渊区三维声子输运模拟中的热点的存在。除了确定声子模式的贡献，热输运，和N-N键断裂是不可分割的离解，我们确定声子模式对应于大N-N键拉伸分析的方式，这些模式存储和转移能量。
2018-10-03 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
Unveiling Phonon Contributions to Thermal Transport and the Failure of the Wiedemann-Franz Law in Ruthenium and Tungsten Thin Films
该研究通过热导率、光谱与模拟分析证明钌和钨薄膜中声子贡献显著并导致 Wiedemann-Franz 定律偏离，为纳米互连热管理选材提供依据。
2025-05-12 cond-mat.mtrl-sci
Phonon thermal transport properties of GaN with symmetry-breaking and lattice deformation induced by the electric field
电场普遍存在于半导体电子结构中，对声子的热输运产生影响。此外，它是一种常用的方法来调整固体中的热传输。本文采用第一性原理计算，从对称性破缺和晶格形变的角度研究了纤锌矿和锌锌矿结构GAN在有限电场下的声子和热输运性质。研究了电场对Zn掺杂GAN声子输运性质的影响，包括电子密度分布响应和晶格变化响应对声子色散和热导率的影响。结果发现，前者有一个小的，但定性的影响声子色散关系，即，声子分支的分裂，因为它打破了锌晶格的对称性。后者影响晶格对称性和尺寸，导致声子性质的显著变化和热导率的增加。在纤锌矿GAN中，在有限电场作用下，空间群守恒的晶格变化仅在晶格变形的情况下进行了研究，其中热导率在电场作用下随着各向异性的增加而显著降低，这与锌掺杂GAN的变化有很大不同。本文的工作为GaN基信息和电力电子器件的热管理提供了参考。
2021-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Phonons and thermal transport in Si/SiO$_2$ multishell nanotubes: Atomistic study
从理论上研究了Si/SiO $_2$多壳层纳米管中的热输运。声子能谱是用原子晶格动力学方法得到的。热导率的计算使用玻尔兹曼输运方程内的弛豫时间近似。多壳层纳米管中的振动光谱的重新分布导致声子群速度和热导率的降低相比，均匀的Si纳米线。Si/SiO $_2$界面上的声子散射是这些结构中热导率强烈降低的另一个关键因素（在室温下降至0.2 W/mK）。我们证明了通过适当地选择纳米管的横截面、厚度和壳层数目可以有效地抑制Si/SiO $_2$纳米管中的声子热输运。
2021-04-28 cond-mat.mtrl-sci
Onset of non-diffusive phonon transport in transient thermal grating decay
本文从理论上研究了介质晶体在德拜温度附近或更高温度下的空间正弦温度扰动的弛豫。我们假设，大多数声子贡献的比热有平均自由程（MFP）比热输运距离短得多，可以描述的热扩散模型。低频声子，可能有MFP相当于或长于光栅周期的玻尔兹曼传输方程描述。这些低频声子被假定为与高频声子的热库相互作用，但彼此不相互作用。在单模弛豫时间近似下，得到了热光栅弛豫速率的解析表达式。我们发现，“弹道”声子与长MFP的有效热导率控制的光栅衰减的贡献被抑制相比，他们的贡献，在长距离的热传输。在室温下的有效热导率在Si中的减少被发现是显着的光栅周期大至10微米。
2011-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Opposite impact of thermal expansion and phonon anharmonicity on the phonon-limited resistivity of elemental metals from first principles
European Theoretical Spectroscopy Facility, Institute of Condensed Matter and Nanosciences, Université catholique de Louvain（欧洲理论光谱设施，凝聚态物质与纳米科学研究所，天主教鲁汶大学）；Scientific Computing Department, Science and Technology Facilities Council, UK Research and Innovation, Daresbury Laboratory（科学与工程设施理事会英国研究与创新达尔斯伯里实验室科学计算部）；Département de Physique et Institut Courtois, Université de Montréal（蒙特利尔大学物理系与库瓦托瓦研究所）；Department of Molecular Chemistry and Materials Science, Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所分子化学与材料科学系）；WEL Research Institute（WEL研究所）
研究通过第一性原理计算揭示热膨胀与声子非谐性对元素金属电阻率的相反影响，并验证了其在Pb、Nb和Al中的应用。
2026-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Fundamental concepts of thermal phonon coherence
University of Nevada, Reno（内华达大学雷诺分校）
该综述阐明热声子空间与时间相干性的基本理论，统一波动图像，为复杂材料热输运工程提供概念基础。
2026-09-30 cond-mat.mtrl-sci
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 modal analysis of thermal transport in ThO2 with point defects using equilibrium molecular dynamics
本研究通过平衡分子动力学结合晶格动力学，分解声子模态分析ThO2中点缺陷对热输运的影响，发现Th间隙原子对热导率降低影响最大。
2024-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Anharmonic Phonons and Anomalous Thermal Expansion of Graphite
利用晶格动力学从头计算和声子的非谐性研究了石墨的各向异性热膨胀，结果表明，在600 K以下，石墨在a-b平面内呈现负的热膨胀，而在高温下，石墨在c轴上呈现很大的正的热膨胀，这是由于沿c轴极化的各种声子引起的.虽然NTE是由横向声子在高达60 meV的宽能量范围内的非谐性引起的，但沿c轴的大的正膨胀主要是由于16 meV左右的纵向光学声子模式和沿c轴的大的线性压缩性。石墨中巨大的各向异性键是导致沿c轴极化的横向和纵向声子模的能量范围存在很大差异的原因，这是导致反常热膨胀行为的原因。这种行为与其他几乎各向同性的六边形结构如水冰形成对比，水冰在小的温度范围内显示出异常的热膨胀，这是由声子的窄能量范围引起的。
2020-05-12 cond-mat.mtrl-sci
Phononic thermal properties of two-dimensional materials
随着石墨烯之外的许多新型二维（2-D）材料的出现，人们对探索基础物理和实际应用的影响越来越感兴趣，从电子学，光子学，声子学到热管理和能量存储。在本次学术讨论会中，我们首先总结和比较了具有单层石墨烯的原始2-D材料的声子性质，如声子色散和弛豫时间，以了解晶体结构和尺寸对热导率的作用。然后，我们比较声子性质，对比理想化的2-D晶体，现实的2-D晶体和3-D晶体，并合成它，以开发一个物理图像的2-D材料的样品大小如何影响其热导率。几何形状的影响，如层数，和纳米晶的宽度，连同存在的缺陷，机械应变，和基板的相互作用，2-D材料的热性能进行了讨论。插层影响层状晶体的群速度和声子弛豫时间，从而调节沿贯穿平面和基面方向的热导率。最后，我们讨论的挑战，在2-D材料的热传输的理论和实验研究。二维材料中丰富而特殊的声子物理使其成为探索拓扑声子效应等新现象和声子量子器件等应用的有希望的候选者。
2018-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Thermal Conductivity of BAs under Pressure
由于砷化硼（BAs）特殊的声子色散，其热导率被认为受声子散射选择规则的影响。压缩的BA导致显着的变化，声子色散，这使得测试的第一原理理论的声子色散如何影响三，四声子散射率。这项研究报告的导热系数从0到30 GPa的BA。用金刚石对顶砧装置测量了BA的热导率与压力的关系。与典型的非金属晶体形成鲜明对比的是，观察到BA具有低于30 GPa的压力无关的热导率。非金属晶体的热导率通常在压缩时增加。不寻常的压力独立的BAs的热导率显示声子色散特性和三，四声子散射率之间的重要关系。
2023-02-16 cond-mat.mtrl-sci
Phonon thermal transport in \b{eta}-NX (X=P, As, Sb) monolayers: a first-principles study of the interplay between harmonic and anharmonic phonon properties
对最近出现的二维（2D）材料的热性质的研究是实现其在纳米电子器件中潜在应用的必要步骤。在这项研究中，新的\b{eta} -NX（X=P，As，Sb）单分子膜的热导率进行了研究，使用第一性原理密度泛函理论（DFT）的研究的基础上的完全解决方案的线性化Peierls-Boltzmann输运方程（PBTE）。结果表明，\b{eta} -NP、\b{eta} -NAs和\b{eta} -NSb的室温热导率分别是单元素\b{eta} -P、\b{eta} -As和\b{eta} -Sb单层的约1.1、5.5和34.0倍。声子输运分析表明，较高的声子群速度以及声子寿命是负责这种增强的晶格热导率的\b{eta} -NX（X=P，As，Sb）的二元化合物相比，单元素组VA单层。我们发现\b{eta} -NP在\b{eta} -NX（X=P，As，Sb）单分子膜中具有最小的热导率，同时它具有最小的平均原子质量，这与通常认为低质量体系具有较高热导率的假设相反。本工作证明了在确定\b{eta} -NX（X=P，As，Sb）单分子膜之间的热导率的变化的谐波和非谐波声子性质之间的权衡。发现\b{eta} -NP中较高的非谐性是该单层较低热导率的原因。
2019-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Interplay between phonons and anisotropic elasticity drives negative thermal expansion in PbTiO$_3$
我们使用第一性原理理论表明，成分假设是必不可少的负热膨胀（NTE）的发生-刚性单位声子模式与负格吕奈森参数-既不充分，也不必要的材料进行NTE。相反，我们发现，在PbTiO $_3$中的NTE涉及材料的声子性质（Grüneisen参数）和其各向异性弹性之间的微妙的相互作用。这些独特的见解为我们对材料热性能的基本理解以及在新材料类中寻找NTE开辟了新的途径。
2018-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Significant reduction of lattice thermal conductivity by electron-phonon interaction in silicon with high carrier concentrations: a first-principles study
电子-声子相互作用对金属和半导体中的电子输运产生了很大的阻碍作用，但对电子-声子相互作用对声子输运的影响，特别是对半导体中声子输运的影响研究较少。我们计算的声子寿命由于散射与电子（或空穴），将它们与本征寿命由于非谐声子-声子相互作用，所有从第一性原理，并评估电子-声子相互作用对硅的晶格热导率的影响。出乎意料的是，我们发现当载流子浓度超过1 e19 cm-3时，室温下的晶格热导率显著降低（在p型硅中，在1 e21 cm-3左右降低高达45%），这是与热电材料具有很大技术相关性的范围。
2014-09-03 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
Phonons and Anomalous Thermal Expansion Behaviour in Crystalline Solids
利用非弹性中子散射和晶格动力学技术对几种开框架化合物的反常热膨胀行为进行了广泛的研究。这些化合物涉及增加的结构复杂性和柔性水平，这导致热膨胀系数的增加值接近巨大值。在几种化合物中，中子非弹性散射实验已经对低能量范围内声子的非谐性进行了定量估计，从而定量地解释了观测到的热膨胀。发现非谐性比通常材料的非谐性大一个数量级。晶格动力学计算正确地预测了中子实验中观察到的非谐性，并揭示了所涉及的声子的整体性质。在显示负热膨胀的化合物中，负责的声子具有相当低的能量，高达10 meV。在大多数化合物中，非简谐声子遍布布里渊区，而在某些情况下，特定的声子仅限于某些波矢。在所有这些化合物中，负责异常行为的特定声子的性质是不同的。这些声子通常涉及多面体单元的横向振动、振动和内部畸变。本文综述了近年来对反常热膨胀行为认识的进展。
2017-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Comparative study of phonon spectrum and thermal expansion of graphene, silicene, germanene and blue phosphorene
基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了石墨烯、硅烯、锗烯和蓝磷烯等单原子二维蜂窝晶格的振动性质和热膨胀性质.我们着重讨论了它们性质的异同，并试图从它们的晶格结构来理解它们。我们说明，从石墨烯到蓝色磷烯，声子带隙的发展，由于大的屈曲诱导的混合的面内和面外的声子模式。这种混合也会影响它们的热性能。利用准谐波近似，我们发现它们在室温下都表现出负的热膨胀。
2016-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Matryoshka Phonon Twinning in alpha-GaN
了解晶格动力学对于高功率电子器件的有效热管理至关重要，因为声子在大多数半导体中主导热输运。本研究利用互补非弹性X射线和中子散射技术，并报告了最重要的第三代功率半导体之一α-GaN的温度依赖声子动力学。用散射工具发现了一个显著的Matryoshka声子色散，并通过第一性原理计算证实了这一点。这种Matryoshka孪生在整个三维倒易空间被证明是放大的非谐性的相关声子模式，通过创建丰富的三声子散射通道和切割的声子寿命的影响模式超过50%。这种声子拓扑结构有效地有助于减少面内热输运，从而降低a-GaN的各向异性热导率。这些结果不仅对工程设计的热性能和其他声子相关的特性的α-GaN的重要意义，但也提供了宝贵的见解的作用，异常声子拓扑结构的热输运的其他技术上重要的半导体。
2021-06-21 cond-mat.mtrl-sci
Phonon spectrum, thermal expansion and heat capacity of UO$_2$ from first-principles
我们报告的声子色散谱，热膨胀，二氧化铀的热容的第一性原理计算。所谓的直接方法，准谐波近似的基础上，被用来计算电子结构的密度泛函框架内的声子频率。在理论平衡体积下计算的声子色散与实验色散吻合得很好。计算的声子态密度（DOS）比较合理，以及与测量数据，也计算的频率的拉曼和红外有源模式，包括LO/TO分裂。为了研究声子频率的压力依赖性，我们计算了几个晶格常数的声子色散。我们计算的声子谱表明由压力引起的光学和声学模式之间的间隙的开放。考虑声子对总自由能的贡献，用{ \it ab initio}计算了UO $_2$的热膨胀系数和热容.这两个量与温度高达约500 K的实验数据吻合得很好。
2011-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Phonon anharmonicity, lifetimes and thermal transport in CH$_3$NH$_3$PbI$_3$ from many-body perturbation theory
CH $_3$ NH $_3$ PbI $_3$中的晶格振动是强相互作用的，在布里渊区边界处存在双阱不稳定性。在第一性原理晶格动力学框架内的分析揭示了具有短声子准粒子寿命和平均自由路径的非谐势。声子的行为是不同的无机半导体GaAs和CdTe的三声子相互作用强度是三个数量级小。混合卤化物钙钛矿的应用所产生的热导率，带隙变形，和电荷载流子散射通过电子-声子耦合的影响，提出。
2016-10-12 cond-mat.mtrl-sci
Thermal Anisotropy Enhanced by Phonon Size Effects in Nanoporous Materials
虽然热各向异性对于许多应用（包括电子器件中的横向热电和热管理）是期望的材料性质，但它在实际的天然化合物中仍然是难以捉摸的。在这项工作中，我们展示了如何与各向异性孔晶格的纳米多孔材料可以被用作诱导各向同性材料中的强热传输方向性的平台。利用密度泛函理论和声子玻尔兹曼输运方程，计算了不同各向异性孔晶格的纳米多孔硅的声子尺寸效应和热导率。我们的计算预测的热导率，由沿两个笛卡尔轴的孔隙-孔隙距离的差异决定的强方向性。由于沿着所施加的温度梯度的方向的孔之间的空间表示声子瓶颈，各向异性的孔晶格畸变引起热传输的方向性。使用傅立叶定律，我们还计算了相同的几何形状的扩散热输运获得显着较小的各向异性，揭示了声子尺寸效应在调谐热输运方向性的关键作用。除了增强我们对纳米级热传输的理解，我们的研究结果表明，纳米多孔材料的热导率调制各向异性的承诺。
2017-01-24 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
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 negative thermal expansion in SnSe
采用实验和第一性原理模拟相结合的方法研究了Pnma相SnSe的非简谐声子性质。利用非弹性中子散射（INS）和核共振非弹性X射线散射（NRIXS），我们已经测量了声子色散和态密度（DOS）和它们的温度依赖性，这揭示了一个强大的，不均匀的移动和加宽的光谱变暖。第一原理模拟进行合理化这些测量，并解释以前报道的各向异性热膨胀，特别是负热膨胀内的Sn-Se双层。除了电子基态能量之外，包括声子自由能的各向异性应变依赖性对于再现负热膨胀是必要的。从声子DOS获得与INS和额外的量热测量，我们量化的谐波，膨胀，和非谐分量的声子熵，热容，和自由能。非谐声子热力学的起源与电子结构有关。
2016-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Calculation of nanowire thermal conductivity using complete phonon dispersion relations
计算了晶态硅纳米线的晶格热导率。计算使用完全的声子色散，并且不需要任何外部施加的频率截止。不需要调整纳米线热导率测量。对于宽于35 nm的纳米线，得到了与实验结果良好的一致性。给出了一个关于传输函数的公式。此外，使用一个更简单的，nondispersive“卡拉威公式”，从完全分散体的角度进行了讨论。
2003-08-27 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
Brillouin Light Scattering Spectra as local Temperature Sensors for Thermal Magnons and Acoustic Phonons
我们演示了使用微布里渊光散射（微BLS）技术作为本地温度传感器的坡莫合金薄膜和声子在玻璃基板中的磁振子。当薄膜被均匀加热时，两个热激发的垂直自旋驻波模式的频率发生系统性偏移，使我们能够实现优于2.5 K的温度分辨率。我们证明了微BLS谱可以用来测量声子和磁振子在热梯度上的局域温度。这样的局部温度传感器是有用的研究自旋caloritronic和热输运现象一般。
2013-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Unravelling Ultralow Thermal Conductivity in Double Perovskite Cs2AgBiBr6: Dominant Wave-like Phonon Tunnelling, Strong Quartic Anharmonicity and Lattice Instability
本研究从第一性原理揭示Cs2AgBiBr6超低热导率源于强非谐性及类波声子隧穿，并指出四声子散射对隧穿主导性的关键作用。
2023-12-12 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
Thermal properties of materials from ab-initio quasi-harmonic phonons
本文简要介绍了利用准调和近似（QHA）从第一性原理计算材料热物性的方法。我们首先介绍了一些感兴趣的热性质，并描述了它们如何可以计算的框架中的QHA，然后我们简要回顾了密度泛函微扰理论作为一种工具，用于计算声子的第一性原理，并提出了一些代码，实现它，最后我们回顾了最近的应用程序的第一性原理QHA。
2011-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Dramatic effects of vacancies on phonon lifetime and thermal conductivity in graphene
了解2D材料，特别是石墨烯中的热传输是热管理和能量转换设备设计的关键挑战。在这些材料中，测量的输运性质对结构缺陷、波纹和空位的高灵敏度是至关重要的。使用基于第一原理的方法结合一个确切的治疗的障碍，我们解决的影响，空位声子寿命和热输运在石墨烯。我们发现，微扰理论完全失败，高估了声子寿命近两个数量级。同时，在有缺陷的石墨烯中，LA和TA模式保持良好定义，ZA模式变得边缘化。在长波长的限制，ZA的色散从二次线性和散射率的变化被发现成正比的声子能量，在二次缩放往往假设相反。对热输运的影响，计算超过弛豫时间近似，包括第一原理声子-声子散射率，如最近报道的原始石墨烯，揭示了壮观的效果，即使是极低的空位浓度。
2019-05-16 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
Giant Interfacial Thermal Resistance Arising From Materials With Mismatched Phonon Structures
由于样品组合和方法的限制，以前的研究仅报道了室温下非常小的界面热阻。考虑到不匹配声子结构的重要性，我们报告的值高达$2*10^{-4}W^{-1}m^{2}K$，千倍以上的最高值报告日期。这使得复合材料中的热导率能够进行实质性的调整，并且不限制其他特性。我们的研究结果激发了新的设计策略，用于集成电路和热电复合材料的热控制，利用界面处的热传输。
2019-04-27 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
Topological surface phonons modulate thermal transport in semiconductor thin films
School of Physical Sciences, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学物理学院）；Suzhou Institute for Advanced Research, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学苏州高等研究院）；School of Biomedical Engineering, Division of Life Sciences and Medicine, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学生命科学与医学部生物医学工程学院）
本研究通过结合第一性原理机器学习势能与声子玻尔兹曼输运方程和分子动力学模拟，系统研究了拓扑表面声子在半导体薄膜（Si、4H-SiC和c-BN）平面热输运中的作用，发现其对热导率的贡献可达30%以上，并展示了温度和双轴应变可有效调控该贡献。
2026-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Phonon modes contribution in thermal rectification in graphene-C3B junction: A molecular dynamics study
在这项工作中，使用非平衡分子动力学模拟，我们实现了一系列的模拟下，积极和消极的温度梯度，以研究在石墨烯C3 B结GCB的热整流。得到了热整流对冷热浴温差的依赖关系。我们在这里提出的重要量是在热整流的面内和面外声子模的贡献。我们看到Y模式具有高的正热整流，而X和Z模式具有小的负热整流。结果表明，Y模在热整流中起主要作用。此外，还利用声子态密度DOS研究了导致热整流的机制以及界面处的Kapitza电阻。
2020-12-08 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
Anomalous Thermal Transport of SrTiO$_3$ Driven by Anharmonic Phonon Renormalization
SrTiO $_3$由于其丰富的调制自由度而被广泛研究。然而，对于热输运的微观机制，特别是相变过程中声子散射与晶格畸变之间的关系，目前尚不清楚。基于深势分子动力学和自洽\textit{ab initio}晶格动力学，我们研究了晶格非谐诱导的四方到立方相变，并解释了这种相变中的反常行为.我们的结果表明，三阶原子间力常数的重整化对二阶项的重要作用。我们的工作提供了一个强大的框架，用于评估结构转变过程中的热输运性质，有利于未来有前途的热和声子材料和器件的设计。
2023-03-14 cond-mat.mtrl-sci
The Anharmonic Origin of the Giant Thermal Expansion of NaBr
在10、300和700 K温度下用非弹性中子散射测量了NaBr单晶中的所有声子。即使在300 K的声子，特别是光学（LO）声子，表现出很大的频率偏移，并表现出大的加宽的能量，由于非谐性。从头计算首先进行准谐波近似（QHA），其中的声子频率只依赖于$V$，$T$只有在它改变$V$的热膨胀。这个QHA是一个不合格的失败预测声子频率的温度依赖性，甚至300 K，和热膨胀是错误的四倍。包括非谐性和准谐性的从头算计算成功地预测了声子的温度依赖性和NaBr的大热膨胀。LO声子模的频率随温度的变化而显著降低，这是由于最近邻Na-Br键的立方非谐性引起的声子自能的实部。非谐性不是对QHA预测的热膨胀和热声子位移的修正，但主导了行为。
2019-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Phonon Drag Effect in Nernst and Thermal Hall Effects: General Theory and Application to Dilute Metal SrTiO$_{3-δ}$
本文基于线性响应理论建立声子拖曳影响能斯特与热霍尔电导率的一般公式，并应用于 SrTiO$_{3-δ}$，在无可调参数下实现与实验的定量吻合。
2024-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Electron-phonon coupling and thermal transport in the thermoelectric compound $\mathrm{Mo_3Sb_{7-x}Te_x}$
采用非弹性中子散射、X射线散射和第一性原理模拟研究了一种潜在的高温热电材料$\mathrm{Mo_3Sb_{7-x}Te_x}$（$x=0,1.5, 1.7$）的声子性质。Te取代Sb导致电子结构、局部成键、声子态密度（DOS）、色散和声子寿命的显著变化。与碲合金化使费米能级向上移动，靠近价带的顶部，导致电子-声子屏蔽的强烈抑制，以及原子间力常数的大的整体硬化。电子-声子耦合的抑制同时增加群速度和抑制声子散射率，超过合金无序散射的影响，并导致合金中晶格热导率的惊人增加。我们还确定，当地的键合环境的变化不均匀周围不同的原子，导致不同的光学声子分支的可变扰动强度。声子群速度和声子寿命的变化对晶格热导率的各自的作用进行了量化。我们的研究结果突出了电子-声子耦合的声子平均自由路径在这个化合物的重要性，也估计了从边界散射，umklapp散射，和点缺陷散射的贡献。
2015-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Phonon Band Structure and Thermal Transport Correlation in a Layered Diatomic Crystal
为了阐明晶体的结构、热导率和声子色散特性之间的关系，对具有不同质量比的层状双原子Lennard-Jones晶体进行了分析。利用晶格动力学理论和分子动力学模拟预测了声子色散曲线和热导率。分层结构产生的方向依赖性的热导率低于那些预测的密度趋势单独。使用一组新的带图度量，这是用来评估声学声子和光学声子的热导率的贡献的色散特性进行量化。热导率随着声学模式的范围的增加而增加，并且随着阻带的范围的增加而减小。的热导率的带图度量的灵敏度是最高的在低温下，那里有较少的非谐散射，表明分散在该政权的热传输中起着更突出的作用。我们建议色散度量（i）提供色散和非谐散射对热输运的相对贡献的间接测量，以及（ii）将标准热导率结构-性质关系与结构-色散和色散-性质关系解耦，为更好地理解底层物理机制提供机会，并为材料设计提供潜在工具。
2006-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Slow Thermalization and Long-Lived Coherence across Acoustic Phonon Branches in BAs
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；University of Houston（休斯顿大学）；SLAC National Accelerator Laboratory（斯坦福直线加速器中心）
本研究通过时间分辨X射线漫散射揭示BAs中声学声子支的慢热化（TA为29.2皮秒，LA为13.9皮秒）及长寿命相干性，直接证明了其弱声子散射机制，解释了其超高热导率。
2026-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Phonon Coherent Resonance and Its Effect on Thermal Transport In Core-Shell Nanowires
利用分子动力学模拟研究了核壳结构纳米线的热流自相关函数和热导率。有趣的是，在核-壳纳米线中观察到了热电流自相关函数的显著振荡效应，而在纯硅纳米线、纳米管结构和随机掺杂纳米线中则没有这种效应.对振荡信号的详细表征表明，这种有趣的振荡是由横、纵声子模的相干共振效应引起的。这种声子共振导致纵模的局部化，从而导致核壳纳米线的热导率降低。我们的研究表明，一个连贯的机制，可以用来调整在核壳纳米线的热导率。
2011-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Thermal Boundary Conductance Across Metal-Nonmetal Interfaces: Effects of Electron-Phonon Coupling both in Metal and at Interface
本文从理论上研究了金属-非金属界面上存在电子-声子耦合时的边界热导。金属与非金属之间的热能传递有三个途径：（1）界面处的声子-声子耦合;（2）界面处的电子-声子耦合;（3）金属内部的电子-声子耦合和界面处的声子-声子耦合。我们发现这三个通道可以用一个等效的串并联热阻网络来描述，并在此基础上导出了边界热导的解析表达式。然后，我们在三个典型的界面：Pb-diamond，Ti-diamond，和TiN-MgO中，从每个通道的不同贡献的热边界电导。结果表明，上述通道之间的竞争决定了热边界电导。
2014-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phononic thermal transport along graphene grain boundaries
我们发现，声子在石墨烯的热输运是不能免疫的晶界（GB）沿温度梯度的方向排列。非平衡态分子动力学模拟揭示了声子热导率（$κ_p$）沿线性超窄晶界包括纵向重复的五边形-七边形位错的大幅减少。格林函数计算和谱能量密度分析表明，$κ_p$是周期性应变场的复杂表现，表现为具有漫反射和镜面声子反射的反射式衍射光栅，是声子-声子非谐散射源。我们的研究结果提供了新的见解的完整性的声子热输运GB石墨烯。
2021-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermalization in simple metals: The role of electron-phonon and phonon-phonon scatterings
研究了激光脉冲激发下简单金属中电子和声子的热化。通过求解玻尔兹曼输运方程，考虑所有相关的散射机制：电子-电子，电子-声子（e-ph），声子-电子（ph-e），声子-声子（ph-ph）散射数值研究热化。在弛豫的初始阶段，大部分激发能通过e-ph散射从电子转移到声子。由于ph-e散射，这产生了热的高频声子，随后通过ph-ph散射在声子子系统之间进行能量重新分配。这产生了一个时间的总的声学声子能量的过冲，跨越其中的交叉发生从非平衡状态，其中的e-ph和ph-e散射频繁发生，到一个状态，其中的ph-ph散射发生达到热平衡。这幅图与著名的双温模型（2 TM）的情景大不相同。的弛豫动力学的行为进行了比较与几种模型，包括2 TM，四温度模型，和非平衡电子或声子模型计算。讨论了弛豫时间与初始分布函数的关系。
2017-11-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
