NanoBTE: Fast Iterative Solution of the Phonon Boltzmann Transport Equation for Nanoscale Heat Transport
Fudan University（复旦大学）；Wenzhou University（温州大学）；Nanjing Normal University（南京师范大学）
针对纳米尺度热输运中声子输运偏离经典傅里叶描述的问题，提出NanoBTE求解器，采用有限体积法，支持多种条件，有迭代方案及任务分解策略，可加速收敛并实现并行化与GPU加速。
2026-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Computational prediction of lattice thermal conductivity -- a comparison of molecular dynamics and Boltzmann transport approaches
晶格热导率的预测模型对于理解和设计广泛应用的材料具有根本的重要性。晶格热导率的计算主要有两种方法，即分子动力学（MD）模拟和近似求解玻尔兹曼输运方程（BTE）的计算。我们提出了一个详细的直接比较，这两种方法，作为典型的情况下，氧化镁和碲化铅。使用经验势进行的比较，考虑到四阶声子散射，温度依赖的声子频率（声子重整化）的影响，并调查量子与经典统计的影响。我们澄清，均分，而不是麦克斯韦玻尔兹曼，在MD模拟声子的统计。我们发现，从MD和BTE晶格热导率值显示出明显的，令人满意的协议，但这样的协议是错误的结果取消。我们还表明，统计对热导率的主要影响是通过散射率依赖于声子种群。
2019-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Phonon-limited resistivity of graphene by first-principle calculations: electron-phonon interactions, strain-induced gauge field and Boltzmann equation
石墨烯中的电子-声子耦合被广泛地从第一性原理建模和模拟。我们发现，使用一个准确的声学声子模式的偏振模型是至关重要的，以获得正确的数值结果。在线性响应框架下，在密度泛函理论水平上计算了电子与声学声子模、规范场和形变势之间的相互作用。声学声子的零动量极限被解释为应变模式，允许在GW近似下计算声学规范场参数。研究了电子屏蔽对电子-声子矩阵元的作用。然后，我们解决玻尔兹曼方程半解析石墨烯，包括声学和光学声子散射。结果表明，在Bloch-Grüneisen和均分区域，电子输运主要由未屏蔽的声学规范场决定，而形变势的贡献可以忽略不计，并且是强屏蔽的.通过与实验数据的比较，我们发现声学声子对电阻率的贡献与掺杂和衬底无关。DFT+GW方法低估了这种对电阻率的贡献约30%。在270 K以上，计算的电阻率低估实验一个更严重，低估是在较低的掺杂更大。我们发现，除了远程声子散射，这种分歧的一个可能的解释是电子-电子相互作用，强烈重正化耦合到固有的光学声子模式。最后，在讨论了Matthiessen规则在石墨烯中的有效性之后，我们直接从实验数据中推导出Boltzmann方程的简化解析解，以提取与应变诱导规范场相关的声学声子的耦合。
2014-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Efficient calculation of phonon dynamics through a low-rank solution of the Boltzmann equation
本研究提出了一种基于声子碰撞矩阵谱性质的线性化 Peierls-Boltzmann 方程低秩表示方法，将声子动力学预测加速超百万倍，准确预测了金刚石同位素富集对第二声的放大，实现了对半导体中波状热流条件的快速准确发现。
2025-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Landauer vs. Boltzmann and Full Dispersion vs. Debye Model Evaluation of Lattice Thermal Conductivity
使用声子的全色散描述，体硅和Bi2Te3的热导率进行评估，使用Landauer方法和相关的传统方法的基础上的玻尔兹曼输运方程。提出了一种从测量的热导率和给定的声子色散中提取定义明确的平均声子平均自由程的方法。所提取的平均自由程具有很强的物理意义，与简单的估计有很大区别。使用简化的色散模型的声子进行了讨论，它表明，必须使用两个不同的德拜温度来处理的比热和热导率（类似于两个不同的有效质量需要描述的电子密度和电导率）。一个简单的技术来提取这两个德拜温度的方法进行了讨论。
2010-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Analytical Green's Function of Multidimensional Boltzmann Transport Equation for Modeling Hydrodynamic Second Sound
针对多维声子流体动力学输运建模难题，本文提出基于第一性原理声子性质与Callaway近似的BTE解析格林函数，可高效再现弹道、流体动力学和扩散区转变并准确预测温度振荡。
2024-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Phoebe: a High-Performance Framework for Solving Phonon and Electron Boltzmann Transport Equations
了解材料的电和热传输特性对于电子、传感器和能量转换设备的设计至关重要。计算建模可以准确地预测材料的性质，但为了可靠，需要准确描述电子和声子状态及其相互作用。虽然第一性原理方法能够描述每个载体的能谱，但使用它们来计算输运性质仍然是一项艰巨的任务，既需要计算又需要大量内存，需要整合精细的微观散射细节来估计宏观输运性质。为了解决这一挑战，我们提出了菲比-一个新开发的软件包，包括电子-声子，声子-声子，边界和同位素散射的影响，在计算材料的电和热输运性质的各种可用的方法和近似。这个开源C++代码将MPI-OpenMP混合并行化与GPU加速和分布式内存结构相结合，以管理计算成本，使Phoebe能够有效地利用当代计算基础设施。我们证明，菲比准确，有效地预测了广泛的传输特性，开辟途径，加速复杂晶体的计算分析。
2022-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic and electron-transport properties of Ca3Ru2O7 from first-principles phonon calculations and Boltzmann transport theory
这项工作展示了一个基于第一性原理的方法来获得有限的温度热和电子输运性质，可用于建模和理解介观结构的演变过程中的电子，磁性和结构相变。一个计算易处理的模型被引入到估计的电子弛豫时间的温度依赖性。将该模型应用于Ca 3 Ru 2 O 7，重点是了解其在48 K电子相变过程中的电阻率。晶格振动的准谐声子方法被用来解释热膨胀，而玻尔兹曼输运理论，包括自旋轨道耦合被用来计算的电子输运属性，包括电导率的温度依赖性。
2022-10-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el quant-ph
Temperature-dependent thermal conductivity in nanoporous materials studied by the Boltzmann Transport Equation
纳米结构材料由于声子-边界相互作用引起的额外散射而表现出低的热导率。由于这些相互作用对给定声子模式的平均自由程（MFP）高度敏感，因此纳米结构中的MFP分布相对于体积可以显著扭曲。在这里，我们计算的MFP分布在周期性纳米多孔硅在不同的温度下，使用最近开发的MFP依赖的玻尔兹曼输运方程。在分析纳米多孔硅中每个声子分支对热输运的相对贡献后，我们发现在室温下光学声子对热输运的贡献为18%，而体硅中为5%。有趣的是，我们在纳米多孔材料中观察到在200 K <T <300 K的温度范围内稳定的热导率，我们将其归因于具有长本征MFP的声学声子的弹道输运。这些结果也与最近的实验研究一致，揭示了纳米结构材料热导率降低的起源，并可能有助于多尺度热传输工程，其中散装材料和几何形状同时优化。
2015-05-27 cond-mat.mtrl-sci
MCBTE: A variance-reduced Monte Carlo solution of the linearized Boltzmann transport equation for phonons
MCBTE解决了线性化玻尔兹曼输运方程的声子在三维空间中使用方差减少蒙特卡罗解决方案的方法。该算法适用于瞬态和稳态分析的热传输结构材料的尺寸特征在纳米到数百微米的范围。该代码是便携式的，并集成了第一性原理密度泛函理论计算和经验关系的声子频率，群速度和平均自由程计算所需的热性能的输入。该程序输出空间和时间分辨的温度和热通量的瞬态研究。对于稳态模拟，声子对温度和热通量的频率分辨贡献被写入输出文件，从而允许研究累积热导率作为声子频率或平均自由程的函数。我们提供了几个说明性的例子，包括弹道和准弹道热输运，薄膜和周期性纳米结构的热导率，以展示功能，并根据文献中可用的理论/分析/计算结果对我们的代码进行基准测试。此外，我们使用Matlab分布式计算服务器并行化的代码，提供近线性缩放的处理器的数量。
2021-04-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ultrafast dynamics of electrons and phonons: from the two-temperature model to the time-dependent Boltzmann equation
本文综述双温模型与含时玻尔兹曼方程在晶体电子-声子超快动力学中的理论基础、方法特点及泵浦-探测光谱应用。
2022-02-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Dynamic mode decomposition of nonequilibrium electron-phonon dynamics: accelerating the first-principles real-time Boltzmann equation
本文提出基于动态模态分解（DMD）的数据驱动方法，加速第一性原理实时玻尔兹曼方程模拟，仅需约10%时间窗口即可预测电子-声子非平衡动力学至稳态，并揭示微观弛豫机制。
2023-11-13 cond-mat.mtrl-sci
An Electrohydrodynamics Model for Non-equilibrium Electron and Phonon Transport in Metal Films after Ultra-short Pulse Laser Heating
超短脉冲激光加热后金属薄膜中的电子和声子不仅在电子子系统与声子子系统之间处于高度非平衡态，而且在电子子系统内部也处于高度非平衡态。从耦合的非平衡电子-声子输运方程出发，建立了由电子密度、电子能量密度和声子能量密度平衡方程组成的电流体力学模型，研究了超短脉冲激光加热后金属薄膜中的电子密度涨落和瞬态电流等非线性输运现象.随时间变化的温度分布计算的耦合电子和声子玻尔兹曼输运方程，在这项工作中推导出的电流体动力学模型，和不同的激光脉冲宽度，薄膜厚度，和激光能量密度的双温度模型。我们发现，两个温度模型高估了电子的温度在薄膜的前表面和低估的损伤阈值时，电子的非线性热输运是重要的。本文提出的电流体动力学模型比双温模型更能准确地预测非平衡电子-声子输运过程，且比电子-声子耦合的Boltzmann输运方程更易于求解.
2014-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Mode-resolved logarithmic quasiballistic heat transport in thin silicon layers: Semianalytic and Boltzmann transport analysis
Chosun College of Science & Technology（朝鲜科学技术大学）
研究揭示了薄硅层中热传输的谱分辨对数准准 ballistic 特征，通过半解析与玻尔兹曼模型分析，阐明了声子模式在热响应中的作用。
2026-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Path-integral Monte Carlo study of phonons in the bcc phase of Helium-3
采用路径积分蒙特卡罗方法和最大熵方法，计算了有限温度T = 1.6 K，摩尔体积为21.5 cm ^3时，体心立方相He-3固体的动态结构因子。由单声子动力学结构因子，我们得到了沿主晶向[001]，[011]和[111]的纵向和横向声子分支。我们的结果与其他理论预测和现有的实验数据进行了比较。
2006-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Electron-phonon interaction and coupled phonon--plasmon modes
在考虑库仑屏蔽和电子-声子形变相互作用的情况下，发展了金属和重掺杂杂质半导体中电子-声子耦合系统的喇曼散射理论。载流子的玻尔兹曼方程。由于与载流子的相互作用，声子频率和光学耦合常数被重新标准化。其中涉及的$k-$依赖的半经典介电函数，而不是Lindhard-Mermin表达式。给出了不同载流子浓度和电子-声子耦合常数的计算结果。
2003-03-24 cond-mat.mtrl-sci
Effect of electron-phonon interaction on the shift and attenuation of optical phonons
利用金属中电子的玻尔兹曼方程，我们证明了由于屏蔽作用，光学声子软化并具有色散，这与最近报道的结果一致[M。Reizer，Phys. Rev. B { \bf 61}，40（2000）]。当电子-声子相互作用被适当地包括时，额外的声子阻尼和频移出现。
2002-03-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Phonon collisional broadening and heat transport beyond the Boltzmann equation
École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；Columbia University（哥伦比亚大学）；University of Cambridge（剑桥大学）
本文基于Kadanoff-Baym方程推导了时空依赖的BTE，并引入了线性化广义BTE，解决了传统FGR框架下的收敛性和二维系统失效问题。
2026-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Phonon Transport in Single-Layer Transition Metal Dichalcogenides: a First-Principles Study
二维过渡金属二硫属化合物（TMDCs）由于其独特的性质，在电子和光学领域有着广泛的应用前景。本文利用第一性原理驱动的声子玻尔兹曼输运方程方法，系统地研究了八种半导体单层TMDC MX2（M=Mo，W，Zr和Hf，X=S和Se）的声子输运和热导率.单模弛豫时间近似预测TMDC的热导率的有效性进行评估，通过比较的结果与声子玻尔兹曼输运方程的迭代解。当样品尺寸为1 μm时，2 H型TMDCs的声子热导率在室温下大于50 W/mK，而1 T型TMDCs的热导率要低得多。在单层WS 2中发现了142 W/mK的非常高的热导率值。W和S之间的大原子量差异导致非常大的声子带隙，这反过来又禁止声学和光学声子模式之间的散射，从而导致非常长的声子弛豫时间。
2014-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Phonons of metallic hydrogen with quantum Monte Carlo
我们描述了一个简单的方案，执行声子计算与量子蒙特卡罗（QMC）方法，并证明它对金属氢。由于金属氢的能量和长度尺度，以及QMC方法固有的统计噪声，计算力常数的传统方式是昂贵的。我们表明，我们的替代方法是近100倍更有效地解决所需的力常数计算的声子谱的谐波近似。这只需要计算原子力，就像传统的方法一样，否则很少或根本不需要程序修改。
2022-01-24 cond-mat.mtrl-sci
The worm-LBM, an algorithm for a high number of propagation directions on a lattice Boltzmann grid: the case of phonon transport
格子玻尔兹曼方法（LBM）是一种数值方法来解决玻尔兹曼型方程所描述的问题，其中时间，空间和速度被离散化以描述散射和平流。尽管LBM沿着晶格方向执行平流而没有数值误差，但其在高努森数区域（弹道）中的使用受到射线效应问题（对于大于1D的尺寸）的阻碍。这个问题的根源在于标准LBM晶格上的可用传播方向数量很少。在这里，为了克服这个限制，我们提出了蠕虫-格子玻尔兹曼方法（蠕虫-LBM），它通过在时间上交替下一个邻居方案中描述的基本方向来允许大量的晶格方向。此外，为了克服速度各向异性问题，其在弹道状态中清楚地表现出自身（例如，与轴向方向相比，D2 Q8方案沿对角方向的$\sqrt 2$更高的网格速度），提出了时间自适应方案（TAS）。TAS方法利用网格上的对流暂停，不仅可以施加各向同性传播，还可以施加任意方向相关的网格速度。最后但并非最不重要的是，我们提出了一个网格平均自由程（网格MFP）校正，以正确地处理上述速度问题的扩散限制，而不影响弹道的。我们提供了一个详细的描述TAS方法和蠕虫LBM算法，并验证其数值精度，通过使用几个瞬态扩散弹道声子输运的情况下，包括不同的初始和边界条件。总的来说，新的，非常准确，高效的蠕虫LBM算法，没有数值涂抹和虚假散射，有可能成为数值求解器的最前沿，以解决不同方程的平流部分在广泛的应用领域。
2020-09-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
Electron and Hole Mobility of SnO2 from Full-Band Electron-Phonon and Ionized Impurity Scattering Computations
迁移率是SnO 2的关键参数，SnO 2作为实用的透明氧化物n型半导体被广泛研究。在实验中，电子在体SnO_2单晶的迁移率在室温下从70到260 cm ~ 2 V ~（-1）s ~（-1）变化。在这里，我们计算的迁移率限制的电子-声子和电离杂质散射耦合的玻尔兹曼输运方程与密度泛函理论电子结构。线性化玻尔兹曼输运方程的数值求解超出了常用的常数弛豫时间近似，考虑到所有的能量和动量的散射率的依赖性。声学变形势和极性光学声子被认为是电子-声子散射，其中极性光学声子散射被发现是决定电子和空穴在室温下的迁移率的主要因素。声子限制的电子迁移率的计算被发现是265 cm ~ 2 V ~（-1）s ~（-1），而被发现的空穴是7.6 cm ~ 2 V ~（-1）s ~（-1）。我们提出的迁移率作为载流子浓度的函数，这表明了上限的迁移率。n型和p型SnO 2的迁移率之间的巨大差异是电子和空穴之间的不同有效质量的结果。
2022-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast nonadiabatic phonon renormalization in photoexcited single-layer MoS$_2$
本文结合从头算含时Boltzmann方程和多体声子自能计算，研究了光激发单层MoS$_2$中动量与模式分辨的非绝热声子重整化，揭示了多谷拓扑主导的各向异性热化路径及声子反常演化，为定制电声子弛豫通道提供指导。
2023-08-04 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
Effect of electron-phonon interactions on Raman line at ferromagnetic ordering
发展了半金属中光学声子与传导电子相互作用的拉曼散射理论。我们评估的电子-声子相互作用在铁磁有序的载流子的玻尔兹曼方程的影响。发现化学势随温度的降低而降低。线宽和频移都表现出温度依赖性。
2014-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Beyond Stefan-Boltzmann Law: Thermal Hyper-Conductivity
我们证明了双曲型超材料中光子态密度的宽带发散导致辐射热传递的巨大增加，超过了Stefan-Boltzmann定律所设定的极限。由此产生的辐射热“超传导性”可以接近甚至超过常规固体中通过电子和声子的热导率。
2011-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Thermoelectric phonon glass electron crystal via ion beam patterning of silicon
离子束辐照是近年来功能材料设计的一种新方法。在这项工作中，我们表明，图案化的缺陷区域产生的离子束照射硅可以创建一个声子玻璃电子晶体（PGEC），热电的一个长期的目标。通过控制缺陷区域的有效直径和缺陷区域之间的间距，分子动力学模拟表明可以实现导热率降低$\approx$ 20倍。玻尔兹曼理论表明，热电功率因数在受损材料中基本上保持不变。为了方便玻尔兹曼理论，我们推导出一个解析模型的电子散射与圆柱形缺陷区域的基础上分波分析。我们一起预测，在室温下，这些硅超材料的最佳图案化几何形状的ZT $\approx$ 0.5或更高的品质因数。这些研究结果表明，纳米结构的图案化缺陷区域的晶体材料是一个可行的方法来实现PGEC，离子束照射可能是一个有前途的制造策略。
2017-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Atomic forces by quantum Monte Carlo: application to phonon dispersion calculation
我们首次成功地应用{ \it ab initio}量子Monte Carlo（QMC）框架计算声子色散。基于冻结声子技术，在变分蒙特卡罗（VMC）水平上成功地计算了金刚石的全声子色散。在广义梯度近似下，对密度泛函理论进行了改进，得到了与实验值非常接近的重正化谐波光频。QMC方法成功的关键是减少原子力评估中的统计误差。我们表明，这可以通过使用条件良好的原子基组，通过明确地删除基组冗余，这减少了统计误差的力量高达两个数量级。这导致了负担得起的和准确的QMC声子计算，高达$10^{4}$倍比以前的尝试更有效，并铺平了道路，以新的应用，特别是在相关材料，其中声子已经很难复制到目前为止。
2021-04-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.comp-ph
Monte Carlo simulations for phonon transport in silicon nanomaterials
在纳米结构中，声子输运行为明显不同于体材料中的输运，使得可以实现具有超低热导率和增强的热电性能的材料。在包括分级尺寸的夹杂物和孔的纳米晶体材料中已经实现了低热导率。纳米多孔结构提供了一组有前途的材料性质和结构，其允许超低热导率，甚至低于非晶极限。在本文中，我们概述了一个半经典的蒙特卡罗程序的声子输运的研究，并提出了在纳米多孔和纳米晶硅的热导率的调查。采用不同的无序几何构型，研究孔隙和晶界对声子通量和热导率的影响，包括边界粗糙度，孔隙位置和孔径的影响。在恒定孔隙率下，通过与少量较大直径孔相比具有大量较小直径孔来最大化热导率降低。此外，我们表明，孔隙率有更大的影响比边界粗糙度的热导率。我们的模拟器验证了多个模拟和实验工作的原始硅通道和纳米多孔结构。
2019-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Electron-phonon scattering dynamics in ferromagnets on ultrafast timescales: Influence of the phonon temperature
采用Elliott-Yafet型动力学模型计算了体相铁磁体在超短光脉冲激发下的磁化响应，该模型考虑了自旋-轨道相互作用对铁磁能带结构的影响，电子-声子相互作用对玻尔兹曼散射积分的影响，以及声子浴温度的动态变化.利用超短光脉冲的实际参数，计算出的在固定能带结构中电子-声子散射可实现的最大磁化淬灭比实验中观察到的淬灭小得多。加热的声子浴被发现并没有明显改变的磁化动力学在超短时间尺度上。
2011-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Optimizing phonon scattering by nanoprecipitates in lead chalcogenides
我们计算了七种不同类型的纳米沉淀物的PbTe和PbS的热导率，使用从头算为基础的玻尔兹曼输运方法。我们发现，具有实际尺寸分布的沉淀物可以降低热导率远低于假设单一沉淀物尺寸的理论模型的预测，我们探讨了如何调整这种分布，以进一步降低热导率的问题。预测的最小值与宿主材料的声子谱以及宿主和夹杂物之间的质量密度差密切相关。
2016-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Exact formula with two dynamically screened electron-phonon couplings for positive phonon-linewidths approximations
本文提出一个仅含缀饰电子-声子耦合的声子线宽精确公式，确保正定性，兼顾非绝热与关联效应，并证明密度泛函微扰理论无屏蔽图双计数，且扩展至非平衡情形，为声子玻尔兹曼方程提供严格依据。
2025-01-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Success and breakdown of the T-matrix approximation for phonon-disorder scattering
我们研究的有效性，广泛使用的T-矩阵近似治疗声子无序散射实施展开算法，允许模拟高达数千万个原子的混乱。T-矩阵近似打破了低能量弯曲声子，在二维材料的热输运中发挥重要作用。此外，深入了解的T-矩阵近似在描述最大质量无序系统的成功。为了实现这一点，声子展开形式主义被推广到描述质量无序和强非微扰功能的频谱连接到玻尔兹曼准粒子图片。
2020-10-02 cond-mat.mtrl-sci
Distribution of phonon lifetime in Brillouin zone
采用第一性原理非简谐晶格动力学计算的单模弛豫时间近似和线性化声子玻尔兹曼方程，计算了33种元素组合的闪锌矿和纤锌矿型化合物的晶格热导率。在9个锌闪族化合物中，详细讨论了声子谱线宽度（逆声子寿命）的分布。声子线宽随波矢的变化是非光滑的，这可以从自能的虚部得到解释。指出了声子-声子相互作用强度和三声子选择规则的详细结合对确定这些化合物的声子寿命至关重要。这表明在没有非谐力常数的情况下很难定量预测声子寿命。然而，它表明，联合态密度加权的声子数，这是只从谐波力常数计算，可以潜在地用于筛选的晶格热导率的材料。
2015-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Coupled electron-phonon hydrodynamics and viscous thermoelectric equations
Center for Computational Quantum Physics, Flatiron Institute（平顿研究所计算量子物理中心）；Theory of Condensed Matter Group of the Cavendish Laboratory, University of Cambridge（剑桥大学卡文迪许实验室凝聚态理论组）；Department of Applied Physics and Applied Mathematics, Columbia University（哥伦比亚大学应用物理与应用数学系）
本文提出了一种基于第一性原理的理论框架，用于描述复杂器件几何中电子-声子非扩散流体传输现象，统一了电子和声子的粘性热电方程，并预测了非扩散行为的特征。
2026-03-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coupled dynamics of electrons and phonons in metallic nanotubes: current saturation from hot phonons generation
我们表明，声子和电子的自洽动力学是可靠的描述热声子产生的电子输运在金属单壁碳纳米管（SWNTs）的必要成分。我们解决耦合玻尔兹曼输运方程，以确定在一个一致的方式的电流与电压（IV）曲线和声子占据金属单壁碳纳米管是躺在基板上。我们发现一个很好的协议与测得的IV曲线，我们确定一个光学声子占领，对应于几千K（热声子）的有效温度，通常用于实验中的电压。我们发现，高偏压电阻率强烈依赖于光学声子热化时间。这意味着金属纳米管性能的大幅改善可以通过增加光学声子与热化源的耦合来实现。
2006-03-02 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
Quantitatively Predicting Modal Thermal Conductivity of Nanocrystalline Si by full band Monte Carlo simulations
纳米晶硅的热输运特性对热电材料的应用具有重要意义。更好地理解纳米晶硅的模态热导率将有助于提高热电效率。本文采用全频声子色散的减方差蒙特卡罗模拟研究了纳米晶硅的模式热导率。重要的是，声子模式传输通过晶界的非晶Si界面模拟计算的模式分辨原子格林函数方法。在很宽的晶粒尺寸范围内，预测的纳米晶硅的热导率与体硅的热导率之比与实验测量值吻合得很好。当晶粒尺寸从550 nm减小到10 nm时，纳米晶Si的热导率从54%减小到3%，平均自由程大于晶粒尺寸的声子的贡献从30%增加到96%.研究表明，基于模式分辨原子格林函数方法的声子模式传输的全带蒙特卡罗模拟可以捕捉到复杂纳米结构中的声子输运图像，从而为设计高性能硅基热电器件提供指导。
2021-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Review Article: Physics and Monte Carlo Techniques as Relevant to Cryogenic, Phonon and Ionization Readout of CDMS Radiation-Detectors
这篇评论讨论了探测器物理和蒙特卡罗技术的低温，辐射探测器，利用声子和电离读出相结合。低温声子和电荷输运的一般审查提供了随着低温暗物质搜索探测器仪器的具体细节。特别是这篇评论涵盖准扩散声子输运，其中包括声子聚焦，非谐衰减和同位素散射。讨论了探测器表面声子的相互作用以及超导薄膜中声子的下转换。电荷输运物理学包括由晶体能带结构产生的质量张量，并且用Herring-Vogt变换建模。电荷散射过程涉及Neganov-Luke声子的产生。过渡边缘传感器（TES）模拟包括一个完整的电路的描述和所有的热过程，包括焦耳加热，冷却到基板和热扩散内的TES，后者是必要的模型正常超导相分离。为锗、硅、铝和钨中的这些物理过程提供了相关的数值常数。综述了随机数抽样方法，包括逆累积分布函数（CDF）和拒绝技术。为了提高电荷输运建模的效率，本文提出了一种附加的二阶逆CDF方法和一种有效的电场重心坐标采样方法。结果提供的方式是方便使用蒙特卡罗和参考这些模型的验证。
2012-06-26 astro-ph.IM cond-mat.mtrl-sci hep-ex
Electron-phonon effects and transport in carbon nanotubes
我们在紧束缚模型下计算了半导体碳纳米管中的电子-声子散射和束缚。的流动性是使用多波段玻尔兹曼处理。在高场下，主要散射是由对应于石墨烯布里渊区的角K的LO声子引起的带间散射。漂移速度在石墨烯费米速度的大约一半处饱和。计算的迁移率作为温度，电场，和纳米管的手性的函数，以及再现一个简单的插值公式。极化子结合给出了~70 meV的带隙重整化，比预期的大一个数量级。相干长度可以相当长，但强烈依赖于能量。
2004-11-01 cond-mat.mtrl-sci
Nonequilibrium phonon dynamics beyond the quasiequilibrium approach
用简化的方式描述固体的非平衡态是超快动力学领域的一个挑战。本文通过求解玻尔兹曼输运方程（BTE），研究了固体中三声子散射引起的声子热化。的BTE的数值解表明，横向声学和纵向声学（LA）声子温度是不明确的弛豫过程中，表明准平衡近似的故障。在弛豫的初始和最终阶段，分别观察到热声子和冷声子的发展以及从低能声子到高能声子的反向能量流。提出了一个极小模型，将后者与LA声子能量的幂律衰减联系起来。
2017-07-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Phonon Monte Carlo: Generating Random Variates for Thermal Transport Simulation
声子蒙特卡罗（PMC）是一种求解声子玻尔兹曼输运方程的通用随机技术。它特别适合于分析具有真实空间粗糙度或太大而无法直接使用原子技术模拟的结构中的热传输。PMC取决于\textit{random variates}的生成和使用--对应于物理观测值的随机变量的特定值--以准确有效地捕获适当的分布函数的方式。我们提出的反演和拒绝技术的相对优点，用于产生随机变量的几个例子相关的热输运：绘制声子的热分布和充分或各向同性的色散，随机传出的动量扩散边界散射后，实施接触（边界和内部），并保存在模拟中的能量。我们还确定了声子生成和散射中的共同主题，这有助于在模拟中重用代码（生成热声子属性与内部接触;漫反射表面散射与边界接触）。我们希望这些例子将告知读者随机变量生成的机制，以及如何为手头的任何问题选择一个好的方法，并帮助PMC更广泛地用于热输运模拟。
2016-02-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Monte Carlo Comparisons to a Cryogenic Dark Matter Search Detector with low Transition-Edge-Sensor Transition Temperature
我们目前的声子准扩散和过渡边缘传感器（TES）的研究结果在一个大的，3英寸直径，1英寸厚[100]的高纯度锗晶体，在稀释冰箱的真空中冷却到50 mK，并暴露于59.5 keV的伽马射线从Am-241校准源。我们比较校准数据与蒙特卡罗的结果，其中包括声子准扩散和产生的声子产生的载流子，因为它们是漂移在整个检测器的电离读出通道。然后将声子能量解析到基于TES的声子读出通道中并输入到TES模拟器中。
2011-09-06 astro-ph.IM cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Towards intrinsic phonon transport in single-layer MoS$_2$
MoS $_2$的本征晶格热导率是设计MoS $_2$基纳米电子器件的一个重要方面。我们利用第一性原理计算研究了MoS $_2$的晶格动力学性质。利用声子的玻尔兹曼输运方程计算了单层MoS $_2$的本征热导率。得到的热导率与测量值吻合良好。计算了声学声子和光学声子对晶格热导率的贡献。研究了热导率的尺寸依赖性。
2015-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonequilibrium Lattice Dynamics in Monolayer MoS2
利用电子-声子和声子-声子相互作用的第一性原理计算结合含时Boltzmann方程，研究了单层MoS 2中电子和声子的耦合非平衡动力学.在电子-声子散射中严格的相空间约束被发现深刻地影响激发电子和空穴的衰变路径，限制声子的发射到靠近布里渊区中的几个高对称点的晶体动量。由于声子发射的动量选择性，非平衡晶格动力学的特点是出现了一个高度各向异性的人口的声子在倒易空间中，持续高达10 ps，直到热平衡恢复声子-声子散射。实现对晶格的非平衡动力学的控制可以提供未探索的机会来选择性地增强二维晶体的声子群，从而在亚皮秒时间尺度上瞬时地定制电子-声子相互作用。
2021-02-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Coupled transport of phonons and carriers in semiconductors: A case study of n-doped GaAs
我们提出了一个通用的耦合电子-声子玻尔兹曼输运方程（BTEs）计划，旨在捕捉两个相互作用系统的相互阻力。将基于密度泛函理论的非简谐声子-声子相互作用的第一性原理计算与电子-声子相互作用的物理模型相结合，应用我们的耦合BTE方法计算了n掺杂砷化镓的热导率、迁移率、Seebeck系数和Peltier系数.测量的低温增强塞贝克系数被捕获使用的解决方案的完全耦合的电子-声子BTE，而未耦合的电子BTE未能做到这一点。这项工作深入了解了半导体中电荷和热传输的基本性质，并推进了预测性从头计算方法。我们讨论了我们工作的可能扩展。
2020-02-18 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
First-Principles Ultrafast Exciton Dynamics and Time-Domain Spectroscopies: Dark-Exciton Mediated Valley Depolarization in Monolayer WSe$_2$
将第一性原理电子-声子（$e$ -ph）相互作用与玻尔兹曼方程相结合的计算使超快载流子和声子动力学的研究成为可能。然而，在具有弱库仑屏蔽的材料中，电子和空穴形成束缚激子，并且它们的散射过程变得相关，这为非平衡物理建模带来了额外的挑战。在这里，我们显示了计算超快激子动力学和相关的时域光谱使用$ab~initio$激子-声子（ex-ph）相互作用与激子玻尔兹曼方程。从非平衡激子布居开始，我们开发了考虑电子空穴相关性的时域吸收和光电发射光谱的模拟。我们用这种方法来研究单层WSe $_2$，我们的计算预测亚皮秒的时间尺度的激子弛豫和谷去极化，并揭示中间暗激子的关键作用。在这项工作中引入的方法，使非平衡动力学和超快光谱的材料与强束缚激子的定量描述。
2022-10-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Toward phonon-boundary engineering in nanoporous materials
调节纳米结构材料中的热输运是开发高效热电材料的有力途径。使用最近开发的方法的基础上的声子平均自由程依赖玻尔兹曼输运方程，我们计算的有效热导率的纳米多孔材料的孔的各种形状和安排。我们评估的重要性，孔-孔的距离在抑制热传输，并确定孔的安排，最大限度地减少了热导率，由两个错位的三角形孔行的周期性排列。相对于具有相同孔隙率的简单圆形对齐情况，这种配置产生大于$60 \%$的热导率降低。
2014-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coherent description of electrical and thermal impurity-and-phonon limited transport in simple metals
统一研究了简单（各向同性）金属的电阻率、热电势和电子热导率。从玻尔兹曼方程的变分解的结果出发，使用广义Matthiessen规则以叠加非弹性（或非弹性）电子-声子和弹性电子-杂质散射截面（“矩阵元”）。相对于这些过程的温度依赖性是通过简单的功能和物理参数在通常的研究范围内的温度为每个传输系数。强调了这些结果的一致性。
2001-03-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
