Anisotropic heat conduction in silicon nanowire network revealed by Raman scattering
各向异性纳米材料具有有趣的热传输特性，因为它们允许热通量沿优先方向取向，这是由于它们的面内和跨面热导率之间的高比率（高达三个数量级）。在允许热导率评估的不同技术中，微拉曼散射被认为是最有效的非接触式测量方法之一。在这封信中，一个新的实验方法的基础上拉曼散射测量可变激光光斑尺寸的报告。实验和计算的一维纳米晶体固体的热阻之间的相关性允许同时估计其在平面和跨平面的热导率。特别是，我们的测量方法被成功地应用于硅纳米线阵列的各向异性热导率评估。
2017-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Diagonal and off-diagonal thermal conduction with resonant phonon scattering in $Ni_3TeO_6$
声子和磁振子之间的耦合在磁性材料中普遍存在，并且在磁性的许多方面起着至关重要的作用，最显著的是在自旋电子学中。然而，这个学术和技术上有趣的问题仍然对某些材料中的问题的普遍理解构成了严峻的挑战。我们报告，Ni 3 TeO 6表现出明显的磁振子-声子耦合的纵向热导率（$κ_{xx}$）和热霍尔系数（$κ_{xy}$）的证据。Debye-Callaway模型是声子热传导的唯象描述，可以解释$κ_{xx}(H)$的磁场依赖性：顺磁相自旋涨落引起的声子散射和共线反铁磁相磁振子-声子耦合引起的附加散射。我们进一步建议，一个类似的方法可以应用到理解有限的$κ_{xy}$值在$Ni_3TeO_6$。
2022-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Heat conduction of single-walled carbon nanotube isotope-superlattice structures: A molecular dynamics study
采用经典分子动力学模拟研究了单壁碳纳米管同位素超晶格的热传导。通过交替连接不同质量的单壁碳纳米管形成超晶格结构。在改变超晶格周期时，确定了具有最小有效热导率的临界值，其中主导物理从区带折叠效应切换到晶格界面的热边界电阻。用能量密度谱解释了交叉机制，其中可以清楚地观察到带折叠效应。结果表明，临界超晶格周期厚度取决于扩散弹道声子的平均自由程分布。超晶格结构的热导率的降低击败了一维合金结构的热导率，尽管最小热导率仍然略高于通过同位素的二维随机混合获得的值。
2006-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Thermal Conduction in Single-Layer Black Phosphorus: Highly Anisotropic?
单层黑磷具有褶皱结构，导致其光学、电学和力学性能的高度各向异性。我们报告，使用非平衡格林函数方法和第一性原理方法，在热传导的各向异性是非常弱的单层黑磷-两个面内方向之间的差异小于4%。我们的声子计算揭示了两个面内声学声子分支在垂直于褶皱的方向上具有较低的群速度，因为黑磷在这个方向上较软，导致垂直方向上的热导减弱。然而，平面外声学声子分支行为异常;即，该声子分支的群速度在垂直方向上较高，尽管单层黑磷在该方向上较软。离面声子支的反常行为与单层黑磷中的高度各向异性泊松比密切相关。由于面内声子模和面外声子模的相互作用，垂直方向的热导比平行方向的热导弱，但各向异性很小。
2015-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Revisiting the Mechanisms of Thermal Transport in Vacancy-Defective Silicon
本文利用维格纳输运方程研究含空位缺陷硅的热传导，发现空位不仅缩短声子寿命，还通过削弱速度算符主导热导率下降，且非谐性效应会随空位浓度增加由抑制转为增强热导率，挑战了传统声子气体图像。
2025-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Evidence for Ballistic Thermal Conduction in the One-Dimensional S=1/2 Heisenberg Antiferromagnetic Spin System Sr2CuO3
本文测量了含Pd ~（2+）杂质的Sr_2Cu_（1-x）Pd_xO_3单晶一维S=1/2海森堡反铁磁自旋系统的热导率。结果表明，低温下自旋子沿一维自旋链的平均自由程与由磁化率测量得到的自旋缺陷间有限自旋链的平均长度非常接近。这证明了在低温下Sr 2CuO 3中由于自旋子引起的热传导如理论上预期的那样是弹道的[Zotos等人：物理修订信函55（1997）11029]。
2008-03-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Multiscale modeling of heat conduction in graphene laminates
我们开发了一种结合原子连续分层多尺度方法来探索石墨烯层压板的有效热导率。为此，我们首先进行了分子动力学模拟，以便在原子水平上研究热传导。采用非平衡分子动力学方法，计算了石墨烯的长度相关热导率以及两个石墨烯片之间的接触热导率。下一步，根据分子动力学模拟提供的结果，我们构建了石墨烯层合板的有限元模型，以探讨宏观层面的有效热导率。还开发了类似的方法来研究由六方氮化硼（h-BN）膜制成的层压材料的热导率。与最近的实验观察相一致，我们的多尺度模型证实了薄片尺寸是影响石墨烯和h-BN层压板热导率的主要因素。所提出的多尺度方法提供的信息可以用来指导实验研究，以制造具有可调的热传导性能的层压板。
2017-03-17 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Thermal conduction of one-dimensional carbon nanomaterials and nanoarchitectures
本文综述了一维碳纳米材料和碳纳米结构的热输运性质的研究现状。考虑到碳的不同杂化状态，重点介绍了各种一维碳纳米材料，如金刚石纳米线、五元石墨烯纳米管、超纳米管和碳炔。基于实验测量和模拟/计算结果，我们讨论了这些一维碳纳米材料的热导率对各种因素的依赖性，包括尺寸效应，温度影响，应变效应等。本文综述了一维碳纳米材料和纳米结构的热输运性质，为有效的纳米热管理铺平了道路。
2018-03-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thermal conduction of carbon nanotubes using molecular dynamics
利用平衡态分子动力学计算了不同半径和长度的碳纳米管的热流自相关函数。碳纳米管的热导率也计算使用Green-Kubo关系从线性响应理论。通过指出单壁碳纳米管截面定义的模糊性，我们在计算和讨论中使用热导率代替电导率。我们发现碳纳米管的热导率随碳纳米管长度的增加而增加。振动态密度分析表明，碳纳米管越长，其低频振动模式越多，对热导发散的贡献越大。
2004-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon Localization in Heat Conduction
通过纳米结构的热导率降低，已经在纳米结构中广泛观察到声子热传导中的扩散现象，并在很大程度上用经典尺寸效应来解释，忽略了声子的波动性质。在这里，我们报告的声子热传导的局域化行为，由于多重散射和声子波的干涉，通过测量的GaAs/AlAs超晶格的热导率与ErAs纳米点随机分布在界面上观察到。在室温附近，测得的热导率随着SL周期数的增加而增加，并最终饱和，表明从弹道到扩散运输的过渡。在低温下，ErAs点的样品的热导率首先增加，然后随着周期数的增加而降低，发出声子波本地化的信号。这种安德森局域化行为也通过原子格林函数模拟验证。由于热输运的宽带性质，在热传导中观察到声子局域化是令人惊讶的。这一发现为工程声子热输运提供了一条新的途径。
2016-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Propagating elastic vibrations dominate thermal conduction in amorphous silicon
非晶态固体中的热原子振动可以通过它们是作为弹性波传播还是由于缺乏原子周期性而不传播来区分。在a-Si中，先前的工作得出结论，非传播波是热传输的主要贡献者，而传播波被限制在小于几个THz的频率，并且被非谐性散射。在这里，我们提出了一个晶格和分子动力学分析的振动a-Si，支持一个定性不同的图片中，传播的弹性波占主导地位的热传导和散射的弹性波动，而不是非谐性。我们明确地证明了频率接近10太赫兹的振动的传播性质，使用触发波计算实验。我们的工作表明，大多数热量是通过在a-Si中传播弹性波进行的，并展示了一条通过操纵弹性波动来实现非晶材料极端热性能的途径。
2017-04-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Heat conduction in graphene flakes with inhomogeneous mass interface
利用非平衡分子动力学模拟，研究了由两个区域组成的石墨烯薄片中的热传导。一个区域是质量加载的，另一个是完整的。结果表明，两个区域之间的物质界面大大降低了导热系数，但不会产生热整流效应。研究了导热系数随热流密度和质量差比的变化关系，验证了结果的通用性。研究了孤子的界面散射，解释了没有整流效应的原因。
2011-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic and thermal conduction properties of halogenated porous graphene nanoribbons
在密度泛函理论（DFT）计算的框架下，我们研究了卤素原子钝化的多孔石墨烯（PG）结构作为高效热电器件的可能候选者的电子和热性质。对扶手椅型和锯齿型卤化PG纳米带进行了比较分析。的电子性质是一致的预期行为的两种类型的终端，但与不同的卤素原子引入的显着影响。取决于孔径和卤素类型，声子能带结构中的伪间隙在低频范围内是可见的，这对于低温下的热传导特别重要。当卤素的原子序数增加时，能隙系统地向较低能量移动。同时，电子能隙减小，这对于在热电器件中获得大的品质因数也是必不可少的。这表明通过卤素钝化来调节PG结构的电子和热性质的可能性。
2016-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Molecular Dynamics Investigation of the Atomic-Scale Energy Transport: From Heat Conduction to Thermal Radiation
采用基于密度泛函理论平面波/赝势实现的第一性原理分子动力学模拟来研究半导体（硅和锗）的原子尺度能量输运。通过施加恒温器以保持纳米级薄层的恒定温度，在真空条件下建立相邻层之间的初始热不平衡。建立了以晶格常数增量为间隔的变间隙模型，并对温度演化曲线进行了统计比较。并计算了不同硅或/和锗层组合从非平衡态到热平衡态的平衡时间。结果表明，不同材料和温度组合下的传热有明显差异。对平衡时间进行了进一步的讨论，以解释模拟结果。作为第一个从热传导到热辐射的原子尺度能量输运的研究工作，本文的模拟结果显示了第一性原理分子动力学在热工程中的应用前景。
2016-01-31 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Liquid-like thermal conduction in a crystalline solid
固体通过横向和纵向声学声子传导热量，但液体仅利用纵向振动。在这里，我们报告说，晶体固体AgCrSe 2具有类似液体的热传导。在这种化合物中，Ag原子表现出动态的双重性，它们专门参与强烈的低横声学声子，同时它们也经历在450 K下发生的有序到无序转变中固有的局部波动。由于这种极端的无序-声子耦合，横向声学声子在接近转变温度时变得阻尼，在该温度以上它们不再被定义，因为它们的寿命比局部波动的弛豫时间短。然而，阻尼的纵向声学声子存活的热输运。这种微观的洞察力可能会重塑物质热传输特性的基本思想，并促进热电的优化。
2017-01-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Thermal conduction in two-dimensional complex plasma layers
一个简单的二维（2D）流体中的热传递的振动模型与纵向和横向的声速，比热，和平均原子间的分离的导热系数。该模型被证明不矛盾的实验和数值数据在二维复杂的等离子体层的传热。此外，计算了具有对数相互作用的二维单组分等离子体的导热系数。
2021-01-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.plasm-ph
Surface phonons limit heat conduction in thin films
了解薄膜中的微观热传导对于先进电子学的纳米/微米传热和热管理具有重要意义。由于薄膜的厚度与声子波长相当或比声子波长更短，声子色散关系和输运性质被显著调制，这应该被考虑用于薄膜中的热传导。虽然已经考虑了声子限制和耗尽效应，但应该强调的是，由于高的表面积与体积比，表面局域声子（表面声子）对热传导的影响可能不可忽略。然而，到目前为止，表面声子在热传导中的作用很少受到关注。在目前的工作中，我们进行了非谐晶格动力学计算的表面声子方面的厚度和温度的依赖关系的硅薄膜与亚10 nm厚度的面内热导率的调查。通过系统分析表面声子的影响，我们发现局域在薄膜中的表面声子和内部声子之间的非谐耦合显著抑制了薄膜中的整体面内热传导。我们还发现，特定的低频表面声子显着有助于表面-内部声子散射和热传导抑制。我们的研究结果是有益的电子和声子器件的热管理，并可能导致表面声子工程的热导率控制。
2021-04-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Giant Anisotropic in-Plane Thermal Conduction Induced by Anomalous Phonons in Nearly-Equilaterally Structured PdSe2
在二维材料中，结构的差异导致声子色散的差异，从而导致面内热输运的各向异性。在这里，我们报告了一个例外的情况下，在层状PdSe 2，其中的键合，力常数，晶格常数是几乎相等的沿面内晶轴方向。声子色散在Gamma-X和Gamma-Y方向之间显示出显着差异，导致面内热导率的各向异性，比率高达1.8。这样的各向异性不仅是意想不到的，在均匀结构（面内）的材料，但也相当于记录在非均匀结构的材料报告日期。通过结合非弹性X射线散射和第一性原理计算，我们将这种各向异性归因于沿伽马-X的低能声子，特别是它们的较低群速度和“避免交叉”行为。PdSe 2的a轴（双相型）和b轴（平面型）的不同的屈曲结构是其独特的声子动力学性质的主要原因。本研究结果说明了不寻常的热传导机制的等边结构的材料，并提供了有价值的见解，在电子器件的热管理。
2021-07-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Thermal transport across nanometre gaps: phonon transmission vs air conduction
由纳米间隙分开的两个表面之间的热传递对于许多应用是重要的，这些应用包括间隔的磁头磁盘系统、扫描热显微镜和气凝胶中的热传输。在这些分离距离处，近场辐射热传递与声子介导的热传递竞争。在这里，我们量化的贡献声子辅助非极性固体之间的热传递使用晶格动力学结合从头计算。我们清楚地表明，声子占主导地位的亚纳米间隙的热传递。引人注目的是，我们得出结论，即使在间隙充满空气分子的情况下，声子提供了两个固体之间的主要能量通道几乎接触。我们的研究结果预测数量级增强声子传热相比，以前的作品，并提出了一种方法来分析声子传输通过纳米级真空间隙之间的非极性材料。
2020-01-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
MoS2-graphene in-plane contact for high interfacial thermal conduction
最近的研究表明，二维（2D）MoS 2的面内和面间热导率较低，这对基于MoS 2的电子器件的热管理提出了重大挑战。为了应对这一挑战，我们通过充分利用石墨烯（一种具有超高导热性的2D材料）来设计MoS 2和石墨烯之间的界面。我们首先进行从头计算原子模拟，了解的接口的键合性质和结构稳定性。我们的研究结果表明，所设计的界面，这被发现是连接在一起的Mo和C原子之间的强共价键，是能量稳定的。然后我们进行分子动力学模拟来研究界面热导。令人惊讶地发现，界面热导率高，与石墨烯-金属共价键合界面的热导率相当。重要的是，每个界面Mo-C键作为一个独立的热通道，使调制的界面热导通过控制Mo空位浓度在界面上。目前的工作提供了一个可行的路线，在二硫化钼基电子器件的热管理。
2017-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Heat conduction in multifunctional nanotrusses studied using Boltzmann transport equation
具有低密度、低热导率和高刚度的材料在工程应用中是理想的，但是大多数材料由于它们之间的耦合而不能同时实现这些特性。纳米桁架由中空纳米级梁构建成周期性桁架结构，由于其晶格结构和纳米级特征，可以潜在地破坏这些耦合。在这项工作中，我们研究了热传导的精确纳米桁架几何形状，通过求解频率相关的玻尔兹曼输运方程，使用方差减少蒙特卡罗算法。我们发现，它们的热导率可以描述只有两个参数，固相分数和壁厚。我们的模拟预测，纳米桁架可以实现独特的机械和热性能的组合，这是具有挑战性的，以实现在典型的材料。
2015-10-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced thermal conduction through nanostructured interfaces
在纳米结构系统中，界面主导热传导，并且许多工作集中在增强界面传导的方法上。这些方法通常解决平面界面，其中热通量矢量在任何地方都垂直于界面。在这里，我们探讨了纳米结构的界面几何形状，使用非平面的功能，以提高有效的界面电导超出可能与平面界面。该界面由嵌入在SiO2内的相互交叉的Al柱组成，其特征尺寸范围为100 nm至800 nm。通过在1.6 μ m和200 nm之间改变柱到柱间距L_P，同时保持相同的Al：SiO2填充分数，来调制总侧壁表面积以突出该附加沟道的影响。利用光学泵浦-探测热反射测量，我们发现厚度约为65 nm的鳍层的有效电导随着L_P的减小而单调增加，并且当L_P = 200 nm时，其电导是具有相同体积比和平面界面的叠层的预测值的两倍多。通过玻尔兹曼输运模型和有限元计算相结合，我们探讨了间距L_P和柱的长宽比对有效热导的影响。这一分析表明，纳米结构界面的概念可以扩展到扩散和准弹道介质之间的界面在高度缩放的设备。我们的工作提出，控制纹理的接口可以促进界面传导超出平面界面制度，在纳米级的热管理开辟了新的途径。
2017-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon heat conduction in Al1-xScxN thin films
氮化铝钪合金（Al 1-xScxN）被认为是一种很有前途的高性能无线通信声学器件材料。声子散射和热传导过程控制声谐振器中的能量耗散，最终决定其性能质量。这项工作的报告，第一次，在Al 1-xScxN合金与Sc含量（x）高达0.26的声子散射过程和热导率。测得的热导率随x的增大呈下降趋势。温度依赖性测量表明，在低于200 K的温度下，随着温度的增加，热导率增加，随后在较高温度下（T> 200 K）出现平台。虚拟晶体声子传导模型的应用使我们能够阐明边界和合金散射对所观察到的热导率行为的影响。我们进一步表明，合金散射主要是由应变场的差异，而较少的ScN和AlN之间的原子质量差，这是在对比研究的Al 1-xGaxN和SixGe 1-x合金系统，其中原子质量差占主导地位的合金散射。本文研究了Al_（1-x）Sc_xN的声子散射和热导率，为今后的材料研究和声学器件设计提供了定量的理论依据。
2021-02-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A Review on Flexural Mode of Graphene: Lattice Dynamics, Thermal Conduction, Thermal Expansion, Elasticity, and Nanomechanical Resonance
单层石墨烯是如此柔性，以至于其弯曲模式（也称为ZA模式、弯曲模式或平面外横向声学模式）对于其热和机械性质是重要的。因此，本文重点探讨石墨烯的弯曲模式与热性能和力学性能之间的关系。我们首先调查的晶格动力学性质的弯曲模式，刚性平移和旋转不变性起着至关重要的作用。在此之后，我们概述了弯曲模式在石墨烯的四种不同物理性质或现象中的贡献-其热导率，热膨胀，杨氏模量和纳米机械共振。我们解释了石墨烯优异的热导率主要是由于其在室温下的三种声学声子模式，包括弯曲模式。它的热膨胀系数在很宽的温度范围内是负的，这是由弯曲模式的特定振动形态造成的。然后，我们描述了如何可以提取石墨烯的杨氏模量从其热波动，这是占主导地位的弯曲模式。最后，我们讨论了弯曲模式对石墨烯纳米机械谐振器的影响，同时也讨论了如何提高谐振器的基本特性，包括质量灵敏度和品质因数。
2015-01-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal Metamaterials for Temperature Maintenance: From Advances in Heat Conduction to Future Convection Prospects
本文综述热超材料在被动温度维持中的应用，介绍无能耗恒温器、负能量恒温器和多温度维持容器，并展望对流换热下的优化方向。
2023-09-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Vibrational model of thermal conduction for fluids with soft interactions
本文讨论了具有软原子间相互作用的简单液体的振动传热模型。推导出一个一般表达式，其中涉及液体集体模激发光谱的平均。该模型被应用到量化在稠密的Lennard-Jones液体和强耦合的单组分等离子体的传热。显着的协议与现有的数值结果记录。类似的情况不适用于液体的动量传递和剪切粘度。
2021-01-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Thermal conductivity of mass-graded graphene flakes
本文采用非平衡分子动力学模拟研究了质量梯度石墨烯片的热传导。研究发现，质量梯度石墨烯片在热传导过程中没有表现出热整流效应。研究了导热系数与热流密度和质量梯度的关系，证实了结果的普遍性，并讨论了导致热整流效应消失的机理。
2011-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph
