Calculation of the Anisotropic Coefficients of Thermal Expansion: A First-Principles Approach
需要预测各向异性的热膨胀系数，不仅与实验测量进行比较，而且作为在大温度范围内操作的器件的宏观建模的输入。虽然目前大多数方法都限于各向同性系统内的准谐波近似，我们的方法使用第一性原理计算，并包括非谐波效应，以确定材料的温度依赖性。这些包括晶格参数、各向异性的热膨胀系数、等温体积模量和恒压比热。我们的方法已经过测试的两种化合物（铜和氮化铝）和预测的热性能相比，有利的实验测量在很宽的温度范围内。
2019-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Superior thermal conductivity and extremely high mechanical strength in polyethylene chains from {\it ab initio} calculation
通过进行{ \it ab initio}计算和应用量子力学非平衡格林函数方法，预测了聚乙烯链的热导率和机械强度的上限。特别是，我们的计算有两个主要发现：（1）。在室温下，100 nm聚乙烯链的热导率可以达到310 W/K/m的高值;（2）.聚乙烯链中的杨氏模量高达374.5 GPa，并且聚乙烯链在经历结构相变为气态乙烯之前可以承受$32.85% \pm 0.05%$（极限）应变。
2013-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Lattice thermal conductivities of two SiO$_2$ polymorphs by first-principles calculation and phonon Boltzmann transport equation
两种SiO $_2$多晶型物的晶格热导率，即，采用第一性原理非简谐声子计算和线性化的声子Boltzmann输运方程，研究了$α$ -石英（低）和$α$ -方石英（低）的声子输运。虽然$α$ -石英和$α$ -方石英具有相似的声子态密度，但声子群速度和寿命的声子频率依赖性不同，这导致晶格热导率的各向异性大不相同。对于$α$ -石英和$α$ -方石英，声子寿命的分布，有效地确定晶格热导率的能量和动量守恒的三个声子散射加权声子占据数和一个参数，代表的声子-声子相互作用强度。
2018-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio calculations of thermal conductivities in crystals
导热系数的计算需要知道晶体的非谐性质。为此，应用非微扰非谐理论，该理论不利用原子位移上的势能展开，而是对具有特定位移的原子的原子图案进行Hellmann-Feynman力的从头计算，以重建非谐声子频率和群速度。参见[K.Parlinski，Phys.Rev. B 98，054305（2018），]用于热导率的Green-Kubo方程需要知道上述量和声子弛豫时间，其与用声子消隐和创建玻色算子表示的4阶声子关联函数相关。在非简谐理论的现行表述中，弛豫时间可以用解析式导出。将格林-久保公式成功地应用于硅的热导率计算，并分别计算了与声子波和弹性波有关的热导率。
2023-01-04 cond-mat.mtrl-sci
Examining the thermal conductivity of half-Heusler alloy TiNiSn by first-principles calculations
半Heusler合金TiNiSn的热电性能已经研究了十多年，但由于其晶格热导率难以有效估算，对其热导率的理论研究还很少。在这项工作中，我们使用最近开发的ShengBTE程序来研究TiNiSn的晶格热导率。计算得到的室温晶格热导率为7.6W/mK，与实验值8 W/mK接近。我们还发现总热导率和晶格热导率随温度的变化与现有的实验结果吻合得很好，总热导率主要由晶格贡献决定。本文的工作对晶格热导率的理论预测和热电性能的优化具有一定的参考价值。
2015-05-12 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculations of thermal electron emission from H$^-$ in silicon
氢杂质的热电子发射过程是半导体基础物理的重要课题。尽管经过了几十年的研究，但理论尚未建立。在这里，我们研究的过程中的$\mathrm{H}^{-}$硅，$\mathrm{H^{-}} \to \mathrm{H^{0}} + e^{-}$，使用第一性原理计算。计算结果表明，该过程由两个步骤组成：H $^{-}$从四面体位置向键心位置的缓慢扩散，这是速率限制步骤; $\mathrm{H}^{-}$向$\mathrm{H}^{0} + e^{-}$的快速无辐射跃迁，随后发生在体心位置.计算结果与深能级瞬态谱实验结果一致
2020-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Effective Scattering Cross-section in Lattice Thermal Conductivity Calculation with Differential Effective Medium Method
为了进一步降低热电材料的晶格热导率，除了通过合金化的点缺陷散射之外，将纳米夹杂物嵌入块体基质材料中的技术被广泛应用。采用微分有效介质法（DEM）计算两相非均相体系。然而，在大多数有效的介质处理方法中，采用颗粒投影面积作为散射截面，低估了嵌入纳米颗粒对基体声子的界面散射。在此，修改后的截面计算，以及晶粒尺寸分散，应用于DEM，计算，然后通过比较与蒙特卡罗模拟和现有的实验数据进行验证。讨论了原位形成的Full Heusler（FH）/Half Heusler（HH）纳米/基体体系的晶格热导率降低的预测。
2013-06-26 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculations of thermal expansion path of the Co7Mo6 Mu-phase
Mu相是一种金属间化合物，可以在钢和超级合金中形成，并显著降低其机械性能。采用基于第一性原理的准谐Debye-Grüneisen近似，通过比较不同热膨胀路径下的自由能，研究了Co_7 Mo_6 μ相的热膨胀.进行了计算的温度从0 K到1500 K低于分解温度的Co 7 Mo 6。计算了电子能、振动能和磁能对自由能的贡献。Co 7 Mo 6的热膨胀不是各向同性的。分析了物理因素对Co 7 Mo 6稳定性的影响。测定了材料的等压热容、热膨胀、弹性常数、体积模量、声波传播速度、德拜温度和居里温度。对计算结果进行了分析，并与已有的实验和理论数据进行了比较.
2022-08-11 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculations of magnetization relaxation in pure Fe, Co, and Ni with frozen thermal lattice disorder
在第一性原理散射理论的框架内，通过在散射区中随机置换原子，研究了电子-声子相互作用对Fe、Co和Ni的磁化弛豫的影响.这种“冻结热晶格无序”的方法再现了铁磁共振测量中观察到的非单调阻尼行为，并产生合理的定量计算值和实验值之间的协议。它可以很容易地应用于合金，并且可以通过从头算声子谱确定原子位移来轻松扩展。
2011-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity calculation in anisotropic crystals by molecular dynamics : application to alpha-Fe2O3
在这项工作中，我们的目标是使用经典的分子动力学模拟和专门的数值方法来研究材料的热性能。我们主要集中在导热系数κ使用非平衡分子动力学研究的结晶固体，即赤铁矿（α-Fe 2 O3），施加的热通量的响应，是在现实生活中的应用。我们提出了一种计算κ的方法以及赤铁矿的适应潜力。考虑到模拟箱的大小，我们表明，不仅纵向尺寸（在热通量的方向上），而且横向尺寸在κ的确定中起作用，并且应该适当地收敛，以获得可靠的结果。此外，我们提出了在两个不同的晶体学方向的热导率计算的比较，以突出的空间各向异性，我们调查的非线性温度行为通常观察到NEMD方法。
2017-04-28 cond-mat.mtrl-sci
Lattice Dynamics and Thermal Expansion Behavior in Metal Cyanides, MCN (M=Cu, Ag, Au): Neutron Inelastic Scattering and First Principles Calculations
本文报道了准一维金属氰化物MCN（M=Cu，Ag和Au）声子谱的温度依赖性测量。用从头算晶格动力学方法研究了这些化合物的声子谱和反常热膨胀行为。我们提出了声子模式行为的差异来解释三种化合物之间的热膨胀行为的差异。研究发现，在Cu和Ag化合物中，链滑动模式对沿c轴的负热膨胀贡献最大，而在Au化合物中，链滑动模式对沿c轴的正热膨胀贡献最大.几个低能横模导致所有化合物沿a和b轴的正热膨胀。计算的弹性常数和玻恩有效电荷与这些金属氰化物之间的键合性质的差异。
2015-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio calculation of the thermal properties of Cu: Performance of the LDA and GGA
采用量子化学从头算DFT和DFPT方法，采用准谐近似自由能方法，研究了块体铜的热性质。使用LDA和GGA的交换相关势，我们计算的晶格常数的温度依赖性，系数的热膨胀，体积模量，体积模量的压力导数，声子频率，Grueneisen参数，和电子和声子的贡献，在恒定的体积和恒定的压力下的比热。我们得到的答案更接近协议的实验比那些从更接近早期的治疗。LDA/GGA计算非谐量的误差明显小于谐波量的误差。我们认为，这应该是一个普遍的特点，并认为LDA/GGA的错误应该随着温度的增加。
2001-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Direct Calculation of Modal Contributions to Thermal Conductivity via Green-Kubo Modal Analysis: Crystalline and Amorphous Silicon
在这封信中，我们推导出一种新的方法，直接计算的模式的热导率的贡献，这是所谓的格林-久保模态分析（GKMA）。GKMA方法将晶格动力学形式主义与用于热导率的Green-Kubo公式相结合，使得热导率成为模式贡献的直接总和，其中不需要定义声子速度。因此，GKMA方法可以应用于任何材料/原子组，其中原子在稳定的平衡位置周围振动，这不仅包括结晶线化合物，而且还包括随机合金，非晶材料甚至分子。GKMA方法为声子输运的性质提供了新的见解，因为它将问题转化为模式-模式相关而不是散射，并提供了一种通用的统一形式主义，可用于理解基本上任何类型的材料或结构中的声子-声子相互作用，其中原子在稳定的平衡点周围振动。
2015-03-27 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculation of the thermal properties of silver
利用密度泛函微扰理论的声子色散和赝势平面波方法，在准谐波近似下计算了银的热性质。由此产生的自由能提供预测的温度依赖性的各种数量，如平衡晶格参数，体积模量，和热容。我们的热性能的结果是在很宽的温度范围内与现有的实验数据吻合得很好。作为一个副产品，我们计算的声子频率和Grueneisen参数色散曲线也与实验符合得很好。
1998-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Thermal Expansion of Ni-Ti-Sn Heusler and Half-Heusler Materials from First Principles Calculations and Experiments
我们将第一性原理计算和准谐波近似结合实验（X射线衍射和衍射测量）来确定NiTiSn（half-Heusler）和Ni 2 TiSn（Heusler）化合物的热性质。这些性质是重要的，特别是如果它们被用于热电应用。首先，模式Gruneisen参数的计算表明，它是积极的整个第一布里渊区。这表明这些化合物经历规则的热膨胀。然后，Ni 2 TiSn热膨胀的计算显示出良好的协议，即使在高温范围内，与我们的高能粉末X射线衍射测量（ESRF）和衍射实验。就NiTiSn而言，这一协议就不那么令人印象深刻了。这可能是由于更强的声子-声子相互作用，这在准谐波近似中没有考虑，但也是由于难以制造高质量的NiTiSn样品。最后计算了两种化合物的恒压和恒容热容，并与文献报道的实验数据进行了比较。特别是，我们已经分解成一个纯粹的电子和声子介导的贡献的Ni 2 TiSn的定容热容，我们讨论他们每个人。
2015-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Thermal dependence of the mechanical properties of NiTiSn using first-principles calculations and high-pressure X-ray diffraction
在这项工作中，我们的目标是研究温度对固体力学性能的影响。为此，我们引入了一种新的基于第一性原理的方法来获得NiTiSn，多功能Heusler化合物的弹性常数的热变化。同时，利用X射线衍射法测定了300 K下的等温体积弹性模量。计算和实验之间的一致性在实验误差条内，表明计算的准确性。用另外两种数值方法，给出了所有相关的结果，我们已经表明，NiTiSn保持其非常好的机械性能高达1500~K。特别是在700 ° K（热电应用的最佳工作温度）下，NiTiSn仍然是一种韧性和坚固的材料，使其成为存在大温度波动的应用的首选化合物。
2020-02-06 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
Lattice Thermal Conductivity of NiTiSn Half-Heusler Thermoelectric Materials from First-Principles Calculations
采用基于第一性原理的非谐晶格动力学研究了NiTiSn晶格热导率背后的微观物理。在最佳工作温度（700 K）下，计算得到的块体材料晶格热导率（5.3 W/m.K）与实验值吻合较好，但在低于该温度时，计算值被高估。计算值可以强烈地受晶粒尺寸的影响。我们表明，T的晶格热导率是占主导地位的声学（横向和主要是纵向）模式，没有从光学模式的贡献。声子位于150 cm ~（-1）以下，主要与锡原子有关。计算出的最热携带声子的平均自由程约为50纳米，最大寿命约为100纳米。100 ps。这些理论结果是一个步骤，在发展低导热系数NiTiSn Heusler基材料的实验设计。
2016-07-19 cond-mat.mtrl-sci
First-principles Calculations of High Thermal Conductivity in Germanium Carbide Channel Materials
本研究通过分子动力学模拟分析了碳化锗的高热导率与传热机制，并提出以具备宽禁带和高热导率的4H-GeC功率MOSFET替代Si-MOSFETs。
2023-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Negative thermal expansion in ZnF$_2$
用中子衍射研究了$_2$的晶格参数和晶胞体积随温度的变化关系，发现了低温负热膨胀（NTE）。为了理解为什么这种简单的化合物表现出NTE，我们进行了第一原理计算。这些计算再现定性的体积的实验温度依赖性。
2011-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Negative Thermal Expansion in cubic ZrW2O8: Role of Phonons in Entire Brillouin Zone From ab-inito Calculations
我们报告ab-inito密度泛函理论计算的声子在立方相的ZrW 2 O 8在整个布里渊区，并确定特定的非谐声子，负责大的负热膨胀（NTE）的平移，旋转和扭曲的WO 4和ZrO 6。我们已经使用密度泛函计算来解释实验声子谱作为压力和温度的函数，如文献中报道的。我们发现，虽然与温度呈非谐性的声子和与压力呈非谐性的声子具有相似的频率，但它们是不同的。只有后者的声子与NTE。因此，声子的三次和/或二次非谐性与NTE无关，而只是频率的体积依赖性。计算能够再现所观察到的异常趋势，即，软化的低频峰在约5毫电子伏的声子谱与压力和它的硬化与温度，而这两个变化涉及压缩的晶格。
2013-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Calculation of thermal expansion coefficient of Fe/sub 3/Al with the addition of transition metal elements
过渡金属元素的加入可以显著改善金属间化合物的物理性能。研究了添加剂Mo和V对Fe/sub 3/Al和FeAl在较宽温度范围内的热膨胀系数的影响。这两种过渡金属的位置偏好是由全电位LMTO方法内的巨正则形式主义。在低温下，通过将它们纳入固体的德拜模型，直接从FP-LMTO计算中发现CTE。对纯Fe/sub 3/Al和FeAl的热膨胀与实验测量值相差在10%以内。在高温下，我们进行了分子动力学模拟的基础上，我们的多体原子势。拟合的参数，以再现晶体的总能量下获得的各种类型的变形FP-LMTO方法，并进行了测试，相对于不同的结构和空位形成能。计算结果表明，V的加入降低了两种铁铝化合物的热膨胀系数，而Mo的加入使Fe/sub 3/Al DO 3结构不稳定.
2002-11-25 cond-mat.mtrl-sci
On-the-fly training of polynomial machine learning potentials in computing lattice thermal conductivity
本文提出在第一性原理晶格热导率计算中即时训练并集成多项式机器学习势的系统化高效工作流，并在103种化合物上验证其可显著降低计算资源需求。
2024-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Ph3pyWF: An automated workflow software package for ceramic lattice thermal conductivity calculation
本文介绍了一个Python软件包Ph3pyWF，提供了一个更方便的平台，以实现高通量的陶瓷材料的晶格热导率分析。Ph3pyWF的界面友好，适合不同需求和不同层次的用户。对于初学者的兴趣，输入可以是相当简单的，只是与初始单元格结构。其他参数将自动填充。对于具有不同要求的专家级研究人员，可以定制大量程序参数。Ph3pyWF的核心概念是建立一个高效的数据交换和任务管理系统。本文将阐明Ph3pyWF的设计细节，并结合几个典型的氧化物陶瓷实例来说明该软件包的适用性。
2023-02-22 cond-mat.mtrl-sci
First-principles phonon calculations of thermal expansion path of Fe2Mo Laves phase
在核燃料和燃料元件包壳之间的界面处的拓扑紧密堆积的Fe 2 Mo Laves相的沉淀可显著地削弱包壳和燃料的强度特性。尽管设计用于燃料棒包壳的材料的重要性，但对Fe 2 Mo的热力学性质和热膨胀路径的轨迹仍然知之甚少。在准简谐近似下，采用密度泛函理论的有限温度量子力学计算方法研究了Fe 2 Mo的热力学性质.使用声子计算获得了振动对自由能的贡献。通过对不同方向自由能的比较，预测了Fe 2 Mo的热膨胀路径。选择具有最小能量的路径作为热膨胀的轨迹。将所得结果与以前理论工作中使用Debye-Gruneisen方法计算的路径进行了比较，并考虑了磁性子系统来计算振动和磁性对自由能的贡献。这一比较表明，这两种方法是很好的协议彼此。结果表明，Fe 2 Mo具有各向异性的热膨胀特性。建立了定压下的热容和体积膨胀模型。对计算结果进行了分析，并与实验数据进行了比较，两者吻合较好.所得结果可为第四代反应堆燃料元件包壳材料的进一步设计提供参考，其工作温度应高于873 K。
2022-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Vibrational averages along thermal lines
本文提出了一种从第一性原理出发计算振动量子和热物性期望值的方法。热线路介绍：这些是由温度参数化的配置空间中的线，使得沿着它们的任何物理性质的值近似等于该性质的振动平均值。当全部振动密度被热线代替时，探索振动相空间所需的采样点的数量减少了一个数量级。几个属性和系统的振动平均值的计算报告，即内能和金刚石和硅的电子带隙，和L-丙氨酸的化学屏蔽张量。热谱线为振动平均值的复杂计算铺平了道路，包括超越半局域密度泛函理论的大型系统和方法。
2015-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Electronic, optical and thermal properties of the hexagonal and fcc Ge2Sb2Te5 chalcogenide from first-principle calculations
我们提出了一个全面的计算研究面心立方和六角硫属化物Ge 2Sb 2 Te 5的性能。我们使用密度泛函理论（DFT）计算的电子结构，得到的态密度（DOS）与实验相比，也适合于输运分析。光学常数，包括折射率和吸收系数捕获主要的实验特征，除了能量偏移由于低估的带隙，这是典型的DFT计算。我们还计算了六方相的声子态密度，得到了与实验晶格贡献一致的声速和热导率。计算的热容在高温下达到~ 1.4 x 106 J/（m3 K），与实验数据一致，并提供了对低温范围（< 150 K）的深入了解，其中数据不可用。
2011-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Discovery of low thermal conductivity compounds with first-principles anharmonic lattice dynamics calculations and Bayesian optimization
低晶格热导率（LTC）的化合物是寻求高转换效率热电材料的必要条件。一些策略已经被用来降低LTC。然而，这种试验只在有限的勘探空间内取得了成功。在这里，我们报告了包含54，779个化合物的库的虚拟筛选。我们的策略是通过贝叶斯优化使用的初始数据的LTC从第一性原理非谐晶格动力学计算的一组101化合物的图书馆进行搜索。我们发现了221种LTC非常低的材料。其中两个甚至具有< 1 eV的电子带隙，这使得它们成为热电应用的特殊候选者。除了那些新发现的热电材料之外，本策略被认为对于许多其他需要优化材料化学的应用是强大的。
2015-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Revisiting thermal transport in CuCl: First-principles calculations and machine learning force fields
Linköping University（林雪平大学）
本研究通过第一性原理计算和机器学习力场，重新审视CuCl中的热输运，揭示了非谐效应和四声子散射对晶格热导率的关键作用。
2025-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Relationship Between Phonons and Thermal Expansion in Zn(CN)2 and Ni(CN)2 from Inelastic Neutron Scattering and Ab-Initio Calculations
已知Zn（CN）2和Ni（CN）2在宽的温度范围内表现出反常的热膨胀。立方的三维连接材料Zn（CN）2的体积热膨胀系数为负（αV = -51 × 10 ~（-6）K ~（-1））而对于Ni（CN）_2，一种四元材料，在二维连接的薄片中，热膨胀系数为负（αa=-7 x 10-6 K-1），但总的热膨胀系数为正（αV=48 x 10-6 K-1）。我们测量了这些化合物的声子谱的温度依赖性，并使用从头计算进行了分析。这两种化合物的光谱显示出很大的差异，不能用涉及Zn（65.38 amu）和Ni（58.69 amu）原子的模式的简单质量重整化来解释。这反映了两种化合物的结构和成键方式完全不同。声子模式和热膨胀系数αV的压力依赖性的计算，用于了解这些化合物中的异常行为。我们的从头计算表明，这是低能量的旋转模式在Zn（CN）2，这是移动到更高的能量在Ni（CN）2，负责大的负热膨胀。测得的声子谱的温度依赖性已被用来估计这两种化合物的总非谐性。对于Zn（CN）2，温度相关的测量（总非谐性），以及我们先前报道的声子谱的压力相关性（准谐性），用于分离在恒定体积下的显式温度效应（固有非谐性）。
2010-09-28 cond-mat.mtrl-sci
On the thermal expansion in MgSiN$_{2}$
采用密度泛函方法结合准谐波近似计算了宽禁带半导体MgSiN $_{2}$的热膨胀。我们发现，热膨胀是相当小的与以前的实验研究。然而，目前的计算表明，该系统的热膨胀是更各向同性。另外的热力学性质，如Gr{ü}neisen参数和在恒定压力下的热容量也已确定，并发现与现有的实验是很好的协议。
2017-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Lattice anharmonicity and thermal conductivity from compressive sensing of first-principles calculations
强非谐晶体晶格热导率$κ_L$的第一性原理预测是固体物理学中一个长期存在的挑战。利用信息科学的最新进展，我们提出了一个系统和严格的方法来解决这个问题，压缩感知晶格动力学（CSLD）。压缩传感用于选择晶格动力学模型中的物理重要项，并一次性确定其值。非直观地，当模型在{ \it准随机\/}原子配置中的第一原理力上训练时，实现了高精度。该方法被证明为硅，氯化钠，和铜$_{12}$锑$_4$ S $_{13}$，地球丰富的热电与强烈的声子-声子相互作用，限制室温下的$κ_L$值附近的非晶极限。
2014-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Towards More Accurate Molecular Dynamics Calculation of Thermal Conductivity. Case Study: GaN Bulk Crystals
文献中使用分子动力学模拟计算的各种系统的热导率存在显着差异。在某些情况下，非物理的结果，例如，负的热导率，已经found.Use GAN作为一个例子的情况下，直接非平衡方法，广泛的分子动力学模拟和Monte Carlo分析的结果已经进行了量化的分子动力学方法的不确定性水平，并确定的条件，可以产生足够准确的热导率计算。我们发现，计算的误差主要是由于统计热涨落。将结果外推到无限大系统的极限往往会放大误差，偶尔会导致非物理结果。批量估计的误差可以通过在一系列样本长度上使用适当选择的系统执行更长的时间平均来减少。如果与每个样品长度相关的电导率估计值的误差保持在某一阈值以下，则获得非物理体积值的可能性变得微不足道。使用蒙特卡罗方法开发这里，我们已经确定了使用直接方法获得的体热导率的概率分布。我们还观察到一种非线性效应，这种效应可能成为重大误差的来源。对于这里给出的非常精确的结果，我们预测[0001] GAN热导率在300 K时为185 $\rm{W/K \cdot m}$，在500 K时为102 $\rm{W/K \cdot m}$，在800 K时为74 $\rm{W/K \cdot m}$。利用在工作中获得的见解，我们已经实现了相应的误差水平（标准偏差）的散装（无限样品长度）GAN热导率小于10 $\rm{W/K \cdot m}$，5 $\rm{W/K \cdot m}$，和15 $\r…
2012-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Machine-Learning-based Prediction of Lattice Thermal Conductivity for Half-Heusler Compounds using Atomic Information
半赫斯勒化合物作为热电能量转换和自旋电子学技术的候选材料在各个领域引起了关注。这是因为它具有各种电子结构，例如半金属、半导体和拓扑绝缘体。当半赫斯勒化合物被并入到器件中时，由于高晶体对称性而导致的高晶格热导率的控制对于器件的热管理器是一个挑战。预测晶格热导率的计算是用于控制器件的热管理的重要物理参数，其需要的计算成本是通常的密度泛函理论计算的几百倍。因此，我们研究了是否可以仅基于通过密度泛函理论计算的各种半赫斯勒化合物中的热导率的组成元素的原子信息，通过机器学习预测晶格热导率。因此，我们构建了一个机器学习模型，它可以预测晶格热导率与高精度的信息，只有原子半径和原子质量的每一个网站的半Heusler型晶体结构。应用我们的结果，晶格热导率为未知的半Heusler化合物可以立即预测。在未来，可以实现新功能材料的低成本和短时间开发，从而在寻找新型功能材料方面取得突破。
2020-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Thermal expansion anisotropy of the Fe23Mo16 and Fe7Mo6 Mu-phases predicted from first-principles calculations
本研究用第一性原理准谐德拜-格吕奈森方法预测Fe23Mo16和Fe7Mo6 Mu相的热膨胀路径，发现Fe7Mo6呈负热膨胀而Fe23Mo16在c方向负膨胀，两者均各向异性，并预测了弹性、热学性质，与实验吻合。
2023-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Study and calculation of thermal conductance of thermal infrared detectors using finite element method
本文采用有限元法建立了多层热红外探测器的有限元模型。考虑并计算了热导率的所有贡献。为了最大化检测器响应，有必要降低热导率。利用三维动态仿真对该有限元模型进行了优化。研究了衬底性质对探测器响应的影响。此外，不同的边界条件进行了分析。当衬底的热导率和厚度较小时，可以得到最佳的探测器响应值。此外，真空包装的检测器将是必要的，以增加检测器的响应度。
2017-12-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Efficient first-principles approach to Gibbs free energy with thermal expansion
提出一种基于定容第一性原理声子计算评估Gibbs自由能的高效方法，无需变容即可结合Grüneisen参数计算压力积分，在多种材料上验证了其准确性与计算效率。
2025-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic localized mode and low thermal conductivity of PbSe
铅硫族化合物如PbS、PbSe和PbTe由于其优异的热电性能和强非谐晶格动力学而受到关注。虽然PbTe受到了最多的关注，但PbSe尽管更硬，但具有较低的热导率，这是现有的第一性原理计算没有再现的趋势。在这里，我们使用从头计算，明确占强非谐性，以确定这种低热导率的起源作为一个巨大的非谐相互作用，超过强度，在碲化铅，横向光学和纵向声学分支之间。强烈的非谐性反映在声学频率中形成的固有局域模式的显著观察中。我们的工作显示了对热声子的深入了解，可以从从头计算中获得，不限于弱非谐性的限制。
2016-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Atomic cluster expansion force field based thermal property material design with density functional theory level accuracy in non-equilibrium molecular dynamics calculations over sub-million atoms
本文以Si为例，利用原子簇展开力场在超过10万原子的非平衡分子动力学模拟中实现DFT级精度的晶格热导率计算，偏差小于5%，验证了机器学习力场用于大规模热输运研究的可行性。
2023-09-20 cond-mat.mtrl-sci
A Fluid Dynamics Calculation of Sputtering from a Cylindrical Thermal Spike
利用二维流体动力学模型计算了圆柱形热尖峰的溅射产额Y，该模型包括能量、动量和质量的输运。结果表明，尖峰内部的高压导致热核在横向和向上都进行快速膨胀。这种膨胀似乎在溅射过程中起着重要作用。它负责从表面喷射物质，并导致叶栅的快速冷却。这些效应之间的竞争解释了$Y$与在最近的分子动力学模拟中观察到的每单位深度的沉积能量的接近线性的依赖性。在此基础上，我们描述了在高激发密度下获得线性产额的条件，并给出了该产额的简单模型。
2001-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Machine Learning for Predicting Thermal Transport Properties of Solids
结构-热性能相关性的定量描述一直是设计具有优异热性能材料的瓶颈。在过去的十年中，第一性原理声子计算使用密度泛函理论和玻尔兹曼输运方程已成为一种常见的做法，预测的热导率的新材料。然而，第一性原理计算对于高通量材料筛选和多尺度结构设计来说成本太高。第一性原理计算在模拟热传输性质时也面临几个基本挑战，例如，具有缺陷的晶体材料、非晶材料和高温材料。在过去的五年里，机器学习开始在解决这些挑战方面发挥作用。这篇综述对最先进的技术、未来的机会以及实施机器学习研究热导率的剩余挑战进行了全面的总结和讨论。在介绍了机器学习的工作原理和材料结构描述符之后，讨论了最近利用机器学习研究热传输的研究。讨论了机器学习在预测热性能方面的三个主要应用。首先，机器学习被应用于解决模拟具有缺陷的晶体、非晶材料和高温下的声子输运的挑战。机器学习用于构建高保真的原子间势，以弥合第一性原理计算和分子动力学模拟之间的差距。其次，机器学习可用于研究热导率与其他性能之间的相关性，以进行高通量材料筛选。最后，机器学习是结构设计实现目标热导率或导热率的有力工具。
2021-08-31 cond-mat.mtrl-sci
The effect of finite-temperature and anharmonic lattice dynamics on the thermal conductivity of ZrS2 monolayer: self-consistent phonon calculations
二维（2D）ZrS2单层（ML）由于其高的热电（TE）品质因数而成为热电（TE）器件应用的有希望的候选者，这主要是由于其固有的低晶格热导率。本文研究了晶格非谐性对ZrS2 ML热输运的影响。计算是基于自洽声子（SCP）理论计算的热力学参数以及晶格热导率。通过使用有效的压缩感测晶格动力学技术来提取高阶（四次）力常数，该技术基于新兴的机器学习程序来估计必要的数据，作为计算上昂贵的密度泛函理论计算的替代方案。在考虑四次非谐性的情况下，预测了低能光模振动频率的简并和硬化的解决。与传统的玻尔兹曼输运方程（BTE）方法相比，发现SCP + BTE方法中优化的ZrS2 ML晶胞的晶格热导率显著增强（例如，300K时的21%）。这种增强是由于包含在SCP理论中的非谐频率重整化贡献的声子线宽相对较低的值。主要是，传统的BTE方法忽略了声子频率的温度依赖性，由于谐波晶格动力学的考虑和对待的正常过程中的三声子散射不正确的，由于使用准粒子寿命。这些局限性在SCP + BTE方法中得到解决，这表明了这种方法的有效性和准确性。
2021-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Simulation study of negative thermal expansion in yttrium tungstate Y2W3O12
利用密度泛函微扰理论计算了Y_2W_3O_（12）的声子色散曲线，对Y_2W_3O_（12）的负热膨胀进行了模拟研究。将模态特征向量映射到柔度模型上，并与模态Gruneisen参数的计算结果进行比较。结果发现，许多低频声子有助于负热膨胀在Y2 W3 O 12中，所有这些都可以描述在有效刚性的WO 4四面体和Y-O棒的旋转。这一结果与先前对具有负热膨胀的高对称性材料的声子研究截然不同。
2014-11-25 cond-mat.mtrl-sci
QH-POCC: taming tiling entropy in thermal expansion calculations of disordered materials
本文提出QH-POCC方法，利用无序的局部铺砌展开构建有效部分配分函数，在准谐波近似下计算替代无序化合物的热膨胀系数和等压热容，并通过AuCu3和CdMg3体系验证了其有效性。
2022-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and thermal properties of the phase-change memory material, Ge2Sb2Te5, and results from spatially resolved transport calculations
本研究针对相变存储材料Ge₂Sb₂Te₅的电子与热输运特性，结合密度泛函方法与机器学习势开展多尺度计算，揭示了电子-声子耦合规律及Te主导的丝状热输运网络机制。
2025-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Thermal rectification in bulk materials with asymmetric shape
我们调查的热整流块体材料的金字塔形状，阐明形状依赖的热整流，并发现，整流系数R为1.35，这是小于R=1.43的矩形形状。这一结果与我们基于傅立叶定律的数值计算结果完全吻合。我们还将此计算应用于给定的形状，并显示了一种可能的方法来增加R取决于形状。
2011-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Calculation of thermal parameters of SiGe microbolometers
采用数值模拟方法计算了SiGe微测辐射热计的热参数。计算的导热和热响应时间与实验发现的值吻合良好，范围在2 × 10 $^-7$和7 × 10 $^-8$ W/K之间，分别为1.5和4.5 ms。由于通过配合支撑散热腿的几何形状或通过选择在SiGe界面处提供高于8 × 10 $^-3$ cm $^2$ K/W的边界热阻的合适材料来优化热响应时间和热传导，实现了微测辐射热计的高灵敏度。
2012-08-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Thermal expansion and transport in van der Waals solids from first-principles calculations
采用密度泛函和玻尔兹曼输运理论计算了Mo和W基过渡金属二硫属化合物的晶格热膨胀和电导率。为此，最近的范德瓦尔斯密度泛函（vdW-DF-CX），这是产生良好的协议与参考数据的结构参数。计算的面内热导率与实验室的温度值相比，声子声子和同位素散射时，包括。然而，为了解释在整个可用温度范围内的行为，必须包括限制平均自由程的附加（与温度无关）散射机制。通常，主要载热模式的平均自由程为$1\,μ\text{m}$或更大，这使得这些材料非常容易受到结构缺陷的影响。Mo和W基TMD的导电性主要由硫属化物物种决定，并且以Te-Se-S的顺序增加。虽然对于碲化物和硒化物，过渡金属元素具有可忽略的影响，但WS $_2$的电导率显著高于MoS $_2$，这可以追溯到前者的大得多的声子带隙。总的来说，本研究提供了一组一致的热导率，揭示了化学趋势，并构成了范德华固体的未来调查的基础。
2016-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Density functional study of thermodynamic properties, thermal expansion and lattice thermal conductivity of Fe$_{2}$VAl at high temperature region
本文给出了Fe $_{2}$ VAl在$300-800$ K温度范围内的热力学性质、热膨胀和晶格热导率的声子计算，并与已有的实验结果进行了比较。用有限位移法和超原胞法计算了声子色散。所有声子模的正频率表明化合物的机械稳定性。定容比热和亥姆霍兹自由能在简谐近似下计算，而热膨胀在准简谐近似下计算。晶格热导率（$κ_{L}$）计算使用第一原理非谐晶格动力学计算。零点能和德拜温度分别计算为$\sim$ 21 kJ/mol和638 K。在300 K和800 K时，计算的热膨胀系数分别为$\sim$ 6.3 $\times$ 10 $^{-6}$ K $^{-1}$和$\sim$ 7.2 $\times$ 10 $^{-6}$ K $^{-1}$。在300 K时，$κ_{L}$的计算值（$\sim$ 48.6 W/m-K）与实验值（$\sim$ 22.8 W/m-K）之间存在显著的偏差。但是，随着温度的升高，计算的和实验的$κ_{L}$变得更接近，在800 ℃时的相应值为$\sim$ 18.2 W/m-K和$\sim$ 11.0 W/m-K。讨论了$κ_{L}$偏离的可能原因。为了理解$κ_{L}$的性质，计算了声子寿命随温度的变化。目前的研究表明，基于DFT的声子计算提供了合理的解释现有的实验声子相关性质的Fe $_{2}$ VAl在高温范围内的$300-800$ K。
2022-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic calculation of the thermal conductance of large scale bulk-nanowire junctions
我们已经开发了一个有效的可扩展的内核方法在开放系统中的热输运，我们已经计算了体硅和硅纳米线之间的结的热导直径高达10 nm。我们已经设计了透射和反射光谱的比例律，这使我们能够预测具有比原子模拟可实现的更大截面的体纳米线界面的热阻。我们的研究结果表明，特征尺寸超过该原子系统可以准确地处理介观理论。
2011-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Metadynamics calculations of the effect of thermal spin fluctuations on skyrmion stability
本研究采用元动力学方法计算磁性薄膜自由能面，揭示热自旋涨落对斯格明子稳定性的影响，发现低温与高温下斯格明子失稳的最低能量路径存在差异。
2023-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivities of phosphorene allotropes from first-principle calculations: a comparative study
近年来，磷烯因其独特的电子性质而引起了人们的极大兴趣。然而，磷烯的热输运性质，特别是其同素异形体，仍然没有得到很好的理解。本文采用声子玻尔兹曼输运理论结合第一性原理计算，计算了五种磷烯同素异形体（α-，\b{eta} -，γ-，δ-和α-相）的热导率。结果表明，α-磷烯具有明显的各向异性热输运，而其它四种磷烯的各向异性热输运不明显。发现在\b{eta} -磷烯中热导率最高，其次是δ-、γ-和α-相。α相的低得多的热导率可以归因于其相对复杂的原子构型。磷烯同素异形体丰富的热输运性质在热电和热管理方面具有潜在的应用前景。
2016-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A moment tensor potential for lattice thermal conductivity calculations of alpha and beta phases of Ga2O3
本文将MTP用于α和β相Ga2O3的晶格热导率计算，并强调主动学习可在中等规模训练集上构建稳健、精确的原子间势。
2024-02-29 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
A general computational method for electron emission and thermal effects in field emitting nanotips
纳米尺寸发射体的电子发射由于其涉及尖锐电子源、真空击穿现象和各种其他真空纳米电子学应用而变得越来越受关注。计算电子发射的最常用的理论工具仍然是Fowler-Nordheim和Richardson-Laue-Dushman方程，尽管自20世纪90年代以来已经表明，它们对于纳米尖锐发射体或中间热场状态是不够的。在本文中，我们开发了一种计算方法的计算发射电流和诺丁汉热，自动区分不同的发射制度，并实现了适当的计算方法。我们的方法涵盖了所有的电子发射制度（热，场和中间），旨在最大限度地提高计算精度，同时最大限度地减少计算时间。作为一个例子，我们实现了它在原子模拟的热演化的Cu nanotips在强电场下，发现这种nanotips的预测行为的开发技术显着不同的基础上获得的福勒-诺德海姆方程的估计。最后，我们表明，我们的工具也可以成功地应用于实验I-V数据的分析。
2016-11-21 cond-mat.mtrl-sci
