Recent Progress in the Concurrent Atomistic-Continuum (CAC) Method and its Application in Phonon Transport
本文介绍了并行原子连续统（CAC）方法在声子输运的粗粒度空间和时间分辨原子模拟中的最新进展。应用实例，包括热脉冲传播通过晶界和相界面，以及声子和移动位错之间的相互作用，提供证明CAC的能力。模拟结果提供了直观的证据，并揭示了各种现象的基本物理，包括：声子聚焦，波的干扰，位错阻力，界面Kapitza电阻所造成的准弹道声子输运等一种新的方法来量化通量瞬态输运过程中也介绍。
2017-08-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon transmission across Mg2Si/Mg2Si1-xSnx interfaces: A first-principles-based atomistic Green's function study
由于声子在纳米材料界面上的传输对于确定纳米材料的有效热导率具有重要意义，近年来利用原子模拟工具对声子在不同材料界面上的传输进行了深入的研究。原子格林函数（AGF）方法结合第一性原理计算得到的原子间力常数，已发展成为研究许多尚未得到充分研究的材料体系中声子传输的一种有前途的方法。然而，当体系中存在原子无序时，直接FP计算原子间力常数变得不可行。通常使用质量近似，但其有效性尚未得到验证。在本文中，我们采用高阶力常数模型提取谐波力常数从FP计算，这源于虚晶体近似，但考虑了本地力场差异。作为将FP计算中的高阶力常数模型与AGF相结合的可行性论证，我们研究了Mg 2Si/Mg 2Si 1-xSnx系统中的声子传输。当与AGF相结合时，发现广泛使用的质量近似过度预测了Mg 2Si/Mg 2Sn界面的声子传输。这种差异可以归因于在质量近似中没有局域应变场诱导的散射，这使得高频声子散射较小。研究了高效“合金中纳米颗粒”热电材料中常见的晶体-合金界面声子输运的频率依赖性。当Sn含量小于40%时，Mg_2Si/Mg_2Si_（1-x）Sn_x界面热阻随Sn含量的变化不大，但当Sn含量大于40%时，由于Mg_2Si_（1-x）Sn_x合金中高频声子态密度的变化，界面热阻迅速增大。
2015-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic S-matrix method for numerical simulation of phonon reflection, transmission and boundary scattering
界面对声子散射的控制对于复合材料和半导体纳米结构中热传导的控制至关重要。然而，限制我们理解弹性声子散射的因素之一是缺乏一种计算有效的方法来描述这种现象的方式，占原子结构的界面和确切的体声子色散。建立在原子格林函数（AGF）技术的弹道声子输运，我们制定了一个原子S-矩阵方法，将体声子模式的散射通道，并可以确定数值精确的散射振幅为个人的两个声子过程，使声子的透射和反射谱以及声子散射镜面反射的方向依赖性的高度详细的分析。在我们的公式中给出了单个声子反射、吸收和透射系数的显式公式。这种基于AGF的S矩阵方法通过以下研究来说明：（1）在两个同位素不同但结构相同的碳纳米管之间的结处的声子散射，以及（2）在石墨烯中的锯齿形和扶手椅边缘处的声子边界散射。特别是，我们揭示了边缘手性声子散射镜面反射的作用，并解释了为什么镜面反射减少理想扶手椅边缘。该方法的应用为研究声子散射与界面原子结构之间的关系提供了新的思路。
2018-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomistic modeling of the phonon dispersion and lattice properties of free-standing <100> Si nanowires
采用<100>基于原子力常数的修正价力场（MVFF）方法对硅纳米线（SiNW）中的声子色散进行了模拟。该模型复制体硅声子色散非常好。在硅纳米线中，除了四个类似声学的分支外，还出现了许多平坦的分支，这表明这些纳米线中存在强烈的声子约束，并强烈影响其晶格性质。的声速（Vsnd）和晶格热导率（kl）的减少，而由于增加的声子约束和表面体积比（SVR）的比热（Cv）增加的导线横截面尺寸减小。
2010-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Collective dynamics in atomistic models with coupled translational and spin degrees of freedom
使用一个原子模型，同时对待平移和自旋自由度的动力学，我们进行了分子和自旋动力学模拟相结合的声子和磁振子各自的频谱和寿命在铁磁性体心立方铁的相互影响。通过计算空间位移和时间位移的关联函数的傅立叶变换，确定了振动和磁激发模式的特征频率和线宽。与独立的分子动力学和自旋动力学模拟的结果的比较表明，声子和磁振子之间的动态相互作用导致在各自的频谱和寿命的减少移动。此外，在晶格振动的存在下，观察到额外的纵向磁激发具有与纵向声子相同的频率。
2017-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Temperature Effect on Phonon Dispersion Stability of Zirconium by Machine Learning-driven Atomistic Simulations
众所周知，传统的谐波晶格动力学不能应用于在0 K下能量不稳定的晶体，例如高温体心立方（BCC）相的晶体Zr。预测有限温度下的声子谱需要计算三阶、四阶甚至更高阶的力常数，然而，确定不同材料的势能面的泰勒展开应截止到哪一阶仍然具有挑战性。另一方面，分子动力学本质上包括任意阶的声子非谐性，然而，它的准确性受到所使用的经验势场的严重限制。利用机器学习方法，建立了锆晶体六方密排相和体心立方相的原子间相互作用势。开发的势场准确地捕捉能量-体积关系，弹性常数和声子色散。发现体心立方结构的不稳定性源于势能面的双势阱形状，其中局部极大值位于不稳定的平衡位置。体心立方相在高温下的稳定性是由于双阱中原子振动引起的低对称性极小值的动态平均。然后进行分子动力学模拟，以随机取样的势能面，并计算在高温下的声子色散。利用分子动力学模拟在1188 K成功地捕获了BCC-Zr中的声子重整化。
2018-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic Green's Function Method supported by ab initio Calculations : Application to phonon transport in ZnO and ZnS
我们提出了一种方法来计算弹道声子输运，结合原子格林函数（AGF）方法与从头算结果。对于原子间相互作用势，我们使用谐波方法。用基于密度泛函理论的ABINIT程序包计算了原子的平衡位置和原子间力常数。因此，所提出的方法是无参数的。从系统的格林函数，我们确定态密度以及传输函数。在线性响应范围内获得热导率。我们将这种方法应用于体ZnO和体ZnS。给出了每种材料在不同输运方向上的传输函数。透射函数的比较表明，ZnO/ZnS界面可能是一个有前途的声子阻滞剂。因此，在ZnO或ZnS基热电器件中添加这样的界面可以增加品质因数。
2011-11-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomistic Engineering of Phonons in Functional Oxide Heterostructures
声子工程，即，晶体中的集体晶格振动对于操纵材料的物理性质如热输运、电子-声子相互作用、晶格振动的限制和光学偏振是必不可少的。声子工程的大多数方法在很大程度上限于典型半导体的高质量异质结构。然而，人工工程的声子在各种材料的功能特性，如复杂的氧化物，将产生前所未有的应用相干可调声子在未来的量子声学器件。在这项研究中，我们展示了人工工程的声子在原子级SrRuO 3/SrTiO 3超晶格，其中可调谐的声子模式，通过共焦拉曼光谱观察。特别地，相干超晶格导致声学声子色散的回折，导致太赫兹频域中的带折叠声学声子。我们可以通过原子尺度的精确厚度控制进一步微调频率从1到2 THz。此外，我们观察到一个极性光学声子起源于人工氧化物超晶格中的局部反转对称性破缺，表现出涌现功能。我们的方法的原子级异质结构的复杂氧化物将大大扩展材料系统的量子声学器件，特别是与功能集成的可行性。
2022-02-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Atomistic Simulation of Phonon and Magnon Thermal Transport across the Ferro-Paramagnetic Transition
采用格林-久保平衡原子和自旋动力学（GKEASD）方法研究了声子-磁振子相互作用下声子和磁振子的热输运过程.使用体心立方（BCC）铁作为案例研究，GKEASD成功地再现其特征温度依赖性的螺旋和晶格热导率。非电子热导率，即，用GKEASD方法计算的体心立方铁的声子和磁振子热导率之和与实验测量值吻合得很好。光谱能量分析表明，由于能量散射守恒规则和高的态密度，高频声子-磁振子散射率比低频大一个数量级。更高的温度进一步加剧了这一现象。这个新的框架填补了现有的空白，在模拟热输运的铁磁到顺磁过渡。这种方法在声子和磁振子占主导地位的绝缘体和半导体的未来应用将增强对新兴热电，自旋caloritronic和超导材料的理解。
2020-01-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Lattice Dynamics of Martensitic Transformations Examined by Atomistic Simulations
采用EAM型原子间相互作用势对Fe（80）Ni（20）合金进行了分子动力学模拟。我们目前的结果，显示在纳米尺度上的热诱导奥氏体转变过程中的非均匀剪切系统的发展。此外，通过计算动力学结构因子，得到了马氏体相的声子色散关系。在接近转变温度时，声子色散显示出异常，这可能与奥氏体转变过程中微观结构的形成有关。
1997-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Matching Conditions in Atomistic-Continuum Modeling of Materials
针对晶体的多尺度建模，提出了一类新的原子区域和连续区域之间的匹配条件。它们确保了原子和连续区之间大尺度信息的准确传递，同时使界面处声子的反射最小化。如果我们选择适当的权重函数，这些匹配条件可以自适应。位错动力学和二维原子平面晶体表面之间的摩擦的应用进行了说明。
2001-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic potential for graphene and other sp$^2$ carbon systems
我们为sp $^2$碳引入扭转力场以增强先前工作（Kalosakas等人，J. Appl. Phys. { \bf 113}，134307（2013））的面内原子势，使得其适用于石墨烯和相关碳材料的面外变形。所引入的力场适合于再现适当结构的DFT计算数据。我们的目标是创建一个力场，是尽可能简单，所以它可以是有效的各种sp $^2$碳结构的大规模原子模拟，而不会显着损失的准确性。我们表明，完整的建议的潜力再现富勒烯和碳纳米管的特性。此外，它非常准确地再现了石墨烯的声子色散的平面外ZA和ZO模式以及频率高达1000 cm $^{-1}$的所有声子。
2017-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic simulations of heat transport in real-scale silicon nanowire devices
利用原子晶格动力学和散射理论，我们研究了纳米器件的热输运的10 nm厚的硅纳米线，从10到100 nm长，夹在两个散装水库。我们发现，在设备中的热传输显着不同的悬浮延长纳米线，由于声子散射在接触界面。我们发现，热传导和声子输运制度可以调整从弹道扩散通过改变纳米线的表面粗糙度和它们的长度。在含有短晶体线的器件中，声子隧穿发生并增强了超过单个接触的电导。
2012-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Assessment and optimization of the fast inertial relaxation engine (FIRE) for energy minimization in atomistic simulations and its implementation in LAMMPS
在原子模拟中，伪动力学松弛方案在寻找局部极小值方面往往比基于线搜索的下降算法（如最速下降或共轭梯度）表现出更好的性能和准确性。在这里，介绍了快速惯性松弛引擎（FIRE）的改进版本及其在开源代码LAMMPS中的实现。结果表明，时间积分方案和最小化参数的正确选择是至关重要的性能。
2020-01-30 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Thermal boundary conductance across epitaxial ZnO/GaN interfaces: Assessment of phonon gas models and atomistic Green's function approaches for predicting interfacial phonon transport
我们目前的实验测量的热边界电导（TBC）从$77 - 500$ K跨隔离异质外延生长的ZnO薄膜在GAN衬底上。这些数据提供了一个评估的假设，驱动声子气体模型为基础的扩散失配模型（DMM）和原子格林函数（AGF）预测TBC的形式主义。我们的测量结果，与以前的实验数据相比，表明TBC可以受到长波长，区域中心模式的界面一侧的材料，而不是在DMM假设的“振动失配”的概念，这种分歧是在高温下明显。在室温下，我们测量ZnO/GAN TBC为$490\lbrack +150, -110\rbrack$ MW m $^{-2}$ K $^{-1}$。DMM和AGF之间的分歧和这些升高的温度的实验数据表明，不可忽略的贡献，从其他模式有助于TBC，不占在这些谐波形式主义的基本假设，如非弹性散射。考虑到这些ZnO/GAN界面的高质量，这些结果提供了一个宝贵的关键和定量评估的准确性的假设，在当前的计算方法的最先进的预测声子TBC跨界面。
2017-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exact scattering cross section for lattice-defect scattering of phonons using the atomistic Green's function method
针对晶格缺陷声子散射截面与速率的理论计算难题，提出用扩展原子格林函数方法计算数值精确的模式分辨散射截面，经两个示例验证通用性，可助力热电声子工程。
2024-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Atomistic theory of spin relaxation in self-assembled In$_{1-x}$Ga$_x$As/GaAs quantum dots at zero magnetic field
本文采用全原子理论计算了零磁场下自组装In $_{1-x}$ Ga $_x$ As/GaAs量子点中电子和空穴的自旋翻转时间（$_{1}$）.在低磁场下，一级过程被抑制，二级过程占主导地位。我们发现在4.2K下，自旋-声子相互作用引起的自旋弛豫时间对电子为40 - 80 s，对空穴为1 - 20 ms。计算的空穴自旋弛豫时间与最近的实验结果吻合较好，表明在零场下，双声子过程是自组装量子点中空穴自旋弛豫的主要机制.我们进一步阐明了结构和合金成分对量子点自旋弛豫的影响。
2010-11-22 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Phonon Optimized Potentials
分子动力学（MD）模拟已被广泛用于研究声子和获得洞察力，但由于缺乏不同系统的经验原子间势（EIP），与实验数据的直接比较往往是困难的。因此，这个问题已经成为实现与高级原子级建模技术相关的承诺的主要障碍。在这里，我们提出了一个通用的方法，专门优化EIP从头输入的声子输运性质的研究，从而导致声子优化的潜力（POP）。该方法使用遗传算法（GA）直接适合的关键属性，确定是否正确描述的原子级动力学，最显着的声子输运。
2016-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Structure-specific, mode-resolved phonon coherence and specularity at graphene grain boundaries
尽管它们的重要性，了解声子输运现象在薄膜和多晶固体，边界粗糙度散射声子镜面反射性和相干性的影响知之甚少，因为没有一般的方法来预测它们的依赖声子动量，频率，分支和边界形态。利用最近制定的原子S-矩阵方法，我们发展了一个理论的边界粗糙散射的模式分辨声子相干性和镜面反射参数的散射振幅。为了说明该理论，我们将其应用到声子散射在现实的非对称石墨烯晶界（GB）模型来自原子结构的预测。该方法进行了验证，通过比较其预测与频率分辨的结果从晶格动力学为基础的计算。我们证明了非相干散射几乎是完全扩散的。我们发现，声子散射在石墨烯GB是不扩散的，虽然相干性和镜面反射显着减少长波长弯曲声学声子。我们的方法可以推广到其他原子边界模型。
2020-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Assessment of mechanical, thermal properties and crystal shapes of monoclinic tricalcium silicate from atomistic simulations
工业阿利特中两种最常见的多晶型物$M_1$和$M_3$在分子尺度上进行了表征。采用不同的方法进行了讨论，以评估这两种多晶型的机械性能和比热。计算的均匀化弹性模量和比热与实验测量结果吻合良好。通过空间杨氏模量的对比分析，发现$M_1$和$M_3$的空间分布分别为各向同性和各向异性。当与$M_3$多晶型物相比时，还报告了$M_1$的更各向同性的压缩强度。裂解能计算允许提出两种多晶型物的平衡形状，具有显著差异。虽然对于两种多晶型物，沿着（100）和（001）发现最低的裂解能，但是构造的$M_1$晶体具有3个独立的晶面，而对于$M_3$多晶型物具有7个晶面。
2020-11-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
A Dynamic Atomistic-Continuum Method for the Simulation of Crystalline Materials
本文提出了一种用于模拟晶体材料缺陷和界面动力学的耦合原子-连续介质方法。该方法使用原子模型，如分子动力学附近的缺陷和接口，和连续模型远离缺陷和接口。我们提出了一类新的原子区域和连续区域之间的匹配条件。这些条件确保了原子和连续区之间大尺度信息的准确传递，同时使原子-连续界面处声子的反射最小化。如果我们选择适当的权重函数，它们可以自适应。我们目前的应用位错动力学，二维晶体表面之间的摩擦和断裂动力学。我们比较的耦合方法和详细的原子模型的结果。
2001-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Assessment of interatomic potentials for atomistic analysis of static and dynamic properties of screw dislocations in W
体心立方金属中的螺型位错在零温下表现出非平面的核心，这导致高的晶格摩擦和热激活应变速率行为。在体心立方W，电子结构分子静力学计算揭示了一个紧凑的，非简并的核心与相关的Peierls应力在1.7和2.8 GPa之间。然而，位错的动力学行为的全貌只能通过使用更有效的原子模拟的基础上半经验的原子间势。在本文中，我们评估了五种不同的电位在纯钨中螺旋位错的静态性质方面的适用性。同时，我们利用这五种势函数对应力辅助滑移进行了分子动力学模拟，研究了剪切应力下螺位错的动力学行为。位错被认为是显示热激活的运动在大部分的施加的应力范围内，在高应力下的粘性阻尼制度的逐渐过渡。我们发现，一个潜在的预测从紧凑的核心转变到解离在有限的温度下，影响扭结对生产的能量学和影响的运动机制。我们的结论是，一个修改后的嵌入原子的潜力实现了最好的妥协，静态和动态的螺旋位错属性，虽然在约10倍的费用相比，中央电位。
2012-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomistic origin of low thermal conductivity in quaternary chalcogenides Cu(Cd, Zn)$_2$InTe$_4$
本研究通过统一第一性原理框架揭示四元硫族化物 Cu(Cd, Zn)$_2$InTe$_4$ 低热导率的原子起源：扩展反键态增强声子非谐性，且 Cd 离子加重声学-光学声子散射，为设计低热导率半导体提供指导。
2025-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Atomistic metrics of BaSO$_4$ as an ultra-efficient radiative cooling material: a first-principles prediction
辐射冷却由于其作为一种环境友好的冷却技术的巨大潜力而最近又重新兴起。然而，粒子基冷却纳米复合材料的设计通常是通过繁琐的试错法进行的，有效的辐射冷却的原子物理学还没有得到很好的理解。在这项工作中，我们确定了硫酸钡（BaSO $_4$）纳米复合材料，这是一种超高效的辐射冷却材料，使用预测的第一性原理方法加上蒙特卡罗模拟的原子度量。我们的研究结果表明，BaSO $_4$ -丙烯酸纳米复合材料不仅获得了92.5%（0.28 - 4.0 μ m）的高太阳总反射率，而且同时在天空窗口区域（8 - 13 μ m）表现出96.0%的高法向发射率，优于常用的$α$ -石英（$α$ -SiO $_2$）。我们确定了超高效辐射冷却涂料的两个相关特征：i）平衡的带隙和折射率，这使得在太阳光谱中产生强散射，同时消除吸收，以及ii）足够数量的红外活性光学共振声子模式，从而在天空窗口中产生丰富的Reststrahlen带和高发射率。第一性原理的方法和由此产生的物理见解，在这项工作铺平了道路，为进一步寻找超高效的辐射冷却材料。
2021-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Thermal interface conductance between aluminum and aluminum oxide: A rigorous test of atomistic level theories
我们报告了有史以来第一次准确的理论预测的任何材料界面的热导率。Al-蓝宝石（α-Al 2 O3）界面沿（111）Al晶向的界面热导||（0001）Al_2O_3在50-500 K温度范围内的计算采用两种根本不同的方法：界面电导模态分析（ICMA）和原子格林函数（AGF）。虽然AGF overpredicts界面电导，无论是定量和定性预测的ICMA是例外的时域热反射（TDTR）的实验数据相比。ICMA结果的平均误差小于5%。我们认为，准确的理论预测ICMA可以归功于一个更基本的处理界面热通量的声子气体模型（PGM）和列入非谐全阶。ICMA还给出了本征模式水平的细节，揭示了纳米级的热传输的图片：超过90%的电导是由部分扩展模式的Al和Al 2 O3之间的互相关（相互作用），其余的归因于界面模式。这是燃烧传热研究的一个重要里程碑，使材料科学家能够合理设计推进剂结构，以服务于长距离推进任务。
2018-07-17 cond-mat.mtrl-sci
Comparative Assessment of Thermal Transport Theories: Dual-Channel Mechanism Dictates Heat Transport in Ultralow-$κ$ Materials
Indian Institute of Science（印度科学学院）
该研究评估热输运理论，采用机器学习原子间势和WTE框架，发现双通道机制主导超低κ材料热输运，预测结果与实验吻合，为相关器件设计提供基础。
2026-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric properties of InAs nanowires from full-band atomistic simulations
在这项工作中，我们从理论上探讨的InAs纳米线的热电功率因子的耦合原子紧束缚计算的线性玻尔兹曼传输形式主义的维数的影响。我们认为纳米线的直径从40纳米（散装）下降到3纳米（一维），这允许适当的探索的功率因数在一个统一的大规模的原子描述在一个大的直径范围内。我们发现，当纳米线的直径减小到d < 10 nm以下时，塞贝克系数显著增加，这是强子带量子化的结果。在声子限制散射条件下，在d = 10 nm附近观察到功率因数的~ 6倍的相当大的改善。在计算中引入表面粗糙度散射将功率因数改善降低到~ 2倍。当直径减小到d = 3 nm时，功率因数减小。我们的研究结果表明，虽然低有效质量的材料，如InAs可以达到低维行为在较大的直径，并表现出显着的热电功率因数的改善，表面粗糙度也更强，在较大的直径，这需要大部分的预期功率因数优势了。然而，可以在d = 10 nm附近观察到的功率因数改善可以证明是有益的，因为洛伦兹数和声子热导率在该直径处都降低了。因此，这项工作，通过使用大规模的全频带模拟，跨越相应的长度尺度，正确地澄清了背后的原因，功率因数的改善（或退化），在低维材料。提出的精细计算方法可以作为一个平台，开发类似的计划，二维和三维材料电子结构。
2020-12-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Development and validation of an electron temperature-dependent interaction potential for silicon and copper for the use in atomistic simulations of laser ablation
本文开发并验证了一种考虑电子激发的铜相互作用势，用于飞秒激光烧蚀的原子模拟，并对比了铜与硅在激发下的非热效应及性质变化。
2025-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Critical Assessment of Mass and Lattice Disorder in Thermal Conductivity Prediction for Medium and High Entropy Ceramics
本研究建立了晶格无序与力常数无序的关系，并借鉴Klement方程开发模型，定量评估中高熵陶瓷无序与热导率的关系，经岩盐和烧绿石氧化物验证，为TBC材料快速筛选提供预测工具。
2024-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Physically founded phonon dispersions of few-layer materials, and the case of borophene
越来越多的理论计算少层材料已报告的非零声速的所有三个声学声子模式。与这些报告相反，在这里，我们表明，原子描述的少层材料的最低声子色散分支应该是二次的，这可能会对计算的性能，如热导率有显着的后果。通过根据内部坐标重新制定原子间力常数（IFC），我们发现IFC之间的微妙平衡是造成这种二次性的原因。这种平衡在从头计算中很难获得，即使所有的对称性都是后验数字化的，但它在我们的方法中自然出现。我们证明了在硼氢化钠的情况下，一个非常微妙的修正从头IFC产生物理正确的二次色散的现象，而其余的光谱几乎不变。然而，这种二次性对计算的晶格热导率有重大影响，在硼氢化物的情况下，热导率变化超过2倍，并且当微妙的IFC校正到位时，反转其各向异性。
2016-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of the thermodynamic properties of rare-earthmagnesium intermetallics MgRE (RE=Y, Dy, Pr, Tb)
对具有CsCl型B_2型结构的稀土-镁金属间化合物MgRE（RE=Y，Dy，Pr，Tb）的热力学性质进行了从头算研究。计算采用了密度泛函理论和密度泛函微扰理论结合准谐波近似。研究了声子色散曲线和声子的总态密度和分态密度。结果表明，稀土原子对声子频率的贡献占主导地位，这与原子模拟结果一致。得到了各种量如热膨胀、体积模量和热容的温度依赖性。电子比热的贡献进行了讨论，并发现是重要的计算MgRE金属间化合物。
2011-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Defects from phonons: Atomic transport by concerted motion in simple crystalline metals
点缺陷在晶体材料中起着至关重要的作用，因为它们不仅影响热力学性质，而且对动力学过程也至关重要。虽然它们在热力学平衡中是必要的，但通常认为在本体中自发形成缺陷是极不可能的，除了接近熔点的温度。在这里，我们证明了通过原子模拟的过程，涉及协调的原子运动，引起缺陷的形成，实际上是频繁的体心立方金属，甚至下降到约50%的熔化温度。它表明，这种行为是密切相关的晶格振动的非谐性和平坦的能量景观沿某些结晶方向，一个功能，是不存在的，例如，面心立方晶格结构。这一见解对我们对这些材料的一般理解有影响，并为第4族过渡金属中所谓的异常扩散提供了补充解释。
2019-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Spin-Phonon Coupling and High-Temperature Phase Transition in Multiferroic Material YMnO3
我们已经进行了随温度变化的非弹性中子散射测量YMnO 3在温度范围50 - 1303 K，涵盖了反铁磁顺磁转变（70 K），以及铁电顺电转变（1258 K）。测量是伴随着第一性原理计算的声子谱的解释和分析的目的，在室温铁电（P63 cm）和高温顺电（P63/mmc）六方相的YMnO 3的测量声子谱。实验和第一原理计算的声子谱的比较突出明确的自旋-声子耦合字符YMnO 3。磁性和非磁性声子计算的显著差异进一步支持了这一点。计算出的Y和Mn原子的原子部分声子贡献不受磁相互作用的影响，而O原子的动力学贡献则发生变化。这突出了磁性Mn阳离子之间的超交换相互作用的作用，介导的O桥。声子色散关系也被计算，在整个布里渊区，为两个六方相。在高温阶段，不稳定的声子模式在K点突出。在K点的位移模式表明，该模式与稳定模式在Γ点的冻结可能导致低温（P63 cm）相的稳定，并诱导铁电性。此外，我们还估计了模式Grüneisen参数和体积热膨胀行为。后者被发现同意与现有的实验数据。
2015-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Electrostatic interactions in atomistic and machine-learned potentials for polar materials
针对极性材料中长程静电作用常被原子势忽略的问题，本文提出基于介电张量和 Born 有效电荷的第一性原理模型，可无缝接入短程力场，并在 BaTiO$_3$ 上复现 LO-TO 分裂等关键声子特征。
2024-12-02 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Quantitative assessment of perturbation theory-based lattice thermal conductivity models using quasi-continuum approximation
色散关系，各向异性，和布里渊区结构对固有声子散射率的影响已被评估内的谐波近似微扰理论方法晶格动力学。各向异性的非线性弹性连续体已被认为与声子色散和布里渊区形状的各种水平的表示，并与Grüneisen参数作为一个平均的测量晶体非谐性。此外，还比较了处理声子碰撞算符非对角元的不同模型对热导率的预测。对于一个模型系统，氩，具有相对较高的各向异性比，结果表明，占各向异性是至关重要的3-声子散射和散射率的可用相空间的准确测定。此外，广泛传播的近似，如各向同性连续和单模弛豫时间被发现是不可靠的，即使是立方系统。这些近似的成功被证明是误差抵消的直接结果。通过对我们的玻尔兹曼输运方程的迭代解进行基准测试，该解与固体氩（2-80 K）的实验热导率数据取得了很好的一致性，我们表明了在声子模式水平上考虑声子散射核的耦合项的重要性，而不是在统计平均意义上，例如，Callaway模型。此外，我们的研究结果表明，在熔融温度附近的相干声子散射所发挥的作用，在协议与分子动力学的研究结果，这作为一个证据之间的交叉介导的热扩散粒子状声子（非相干散射）和波状热传播由于声子相干散射。此外，电导率预测的声子谱的灵敏度显示随温度的变化。
2022-06-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Reaction rate assessment of multiphonon relaxation
研究了反应速率形式是否也适用于描述与声子吸收和发射有关的非弹性隧穿振动过程。我们建议，Bardeen-Christov的量子力学方法的过渡（隧穿）原本打算单独的弹性隧穿概率可以正式扩展到包括非弹性隧穿以及。也就是说，我们表明，通过吸收p声子的非弹性隧穿可以被看作是一个放热反应与零点反应热H = -phv。或者，通过p声子发射的非弹性隧穿将等效于具有零点反应热H = +phv的吸热反应。分析表明，跃迁（隧穿）概率扩展到Franck-Condon因子，揭示了反应速率和多声子弛豫速率之间的相互联系。我们的建议证实了传统的多声子指纹，1-声子过程的弛豫速率在低温下随温度T线性增加。结合反应速率理论比较有利的具体实验系统的数值计算。
2005-10-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Ab-initio density-matrix approach to exciton coherence: phonon scattering, Coulomb interactions and radiative recombination
本文提出基于密度矩阵的多体从头算方法，扩展Lindblad形式体系以同时描述声子散射、库仑散射和辐射复合，并以单层MoSe₂为例揭示多体效应对激子能量、光谱与相干性动力学的影响。
2025-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic mechanisms of phase transitions in all-temperature barocaloric material KPF$_6$
Shenyang National Laboratory for Materials Science, Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences（中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心）；School of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学材料科学与工程学院）
KPF6通过压力驱动的相变实现全温压热效应，揭示了FOD、非谐性和相变之间的相互作用，为设计宽温域BCE材料提供新思路。
2025-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Parameter-Efficient Fine-Tuning of Machine-Learning Interatomic Potentials for Phonon and Thermal Properties
Federal Institute for Materials Research and Testing（联邦材料研究与测试研究所）；Institute of Condensed Matter Theory and Solid-State Optics, Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学凝聚态理论与固态光学研究所）
本文研究了不同微调策略对声子带结构、热性质及虚声子模式势能面预测的影响，提出Equitrain框架实现LoRA微调，展示微调模型在53种材料系统中均优于预训练模型和从头训练模型。
2026-04-10 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Toward precise simulations of the coupled ultrafast dynamics of electrons and atomic vibrations in materials
超快光谱可以在短时间尺度上获得电子和原子核的动力学，从而揭示材料中的非平衡现象。然而，解释这些实验的精确计算的发展已经落后，因为广泛采用的模拟方案仅限于亚皮秒时间尺度或采用缺乏定量准确性的简化相互作用。在这里，我们展示了一种精确的方法来获得非平衡电子和原子振动（声子）的时间依赖的人口高达几十皮秒，与飞秒的时间分辨率。结合第一性原理电子-声子和声子-声子相互作用与并行数值方案的时间步长耦合电子和声子玻尔兹曼方程，我们的方法提供了前所未有的微观洞察激发材料中的散射机制。以石墨烯为例，我们演示了超快电子和声子动力学、瞬态光吸收、结构快照和扩散X射线散射的计算。我们的第一性原理方法为材料中超快动力学的定量原子模拟铺平了道路。
2020-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Pushing the limits of atomistic simulations towards ultra-high temperature: a machine-learning force field for ZrB2
在很宽的温度范围内，特别是在超高温区域内，确定热和物理量是一项艰巨的理论和实验挑战。同时，这对于了解超高温陶瓷（UHTC）材料的性能至关重要。在这里，我们提出了一个机器学习力场的ZrB 2，具有复杂的键合结构的UHTC家族的主要成员之一的发展。力场显示出能量和力的化学准确性，并且可以再现结构、弹性和声子性质，包括热膨胀和热输运。与现有的经验势的彻底比较表明，我们的力场优于竞争对手。最重要的是，它的有效性从室温扩展到超高温区域（高达~ 2，500 K），在那里测量非常困难，成本高昂，有时甚至不可能。我们的工作表明，机器学习力场可用于在没有实验工具的恶劣环境中模拟材料，但对于许多工程应用至关重要，例如航空航天，航空和核能。
2019-11-08 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Analysis of Thermoelectric Properties of Scaled Silicon Nanowires Using an Atomistic Tight-Binding Model
低维材料提供了改进热电性能的可能性，这是由于用于设计其电子和热性质的附加长度尺度自由度。由于声子传导受到抑制，与原材料的ZT值相比，最近在纳米结构中报道了热电优值ZT的大幅改善。此外，低维度可以提高器件的功率因数，从而提供ZT的额外增强。本文采用sp3d5s* 自旋轨道耦合紧束缚模型计算了硅纳米线的电子结构。的Landauer形式主义被施加到计算的电导率，塞贝克系数，和功率因数的上限。我们研究了直径从3nm到12nm的n型和p型纳米线，在不同的掺杂浓度下，在[100]，[110]和[111]输运取向。使用纳米线中的晶格热导率的实验值，计算ZT的上限。我们发现，在室温下，缩小直径小于7nm可以最多增加一倍的功率因数和提高ZT。然而，在某些情况下，缩放根本不会提高性能。取向，几何形状，和子带工程技术的优化设计进行了讨论。
2010-06-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Correlation between vibrational anomalies and emergent anharmonicity of local potential energy landscape in metallic glasses
玻色子峰（BP）是无序和晶体材料的拉曼和非弹性散射光谱中的普遍特征。目前的范式提出了玻色子峰作为弹道（声子）和扩散型激发之间的Ioffe-Regel交叉的结果，其中声子的相干性损失被描述为由于结构无序的纯谐波过程。BP的这种“和谐无序”范式从未在原子水平上受到挑战或测试。在这里，通过一组原子分辨的非晶金属合金的表征，我们发现了一个强大的玻色子峰的强度和激发的激活能之间的反比在势能景观（PEL）。较大的玻色子峰与较浅的盆地和较低的激活障碍，因此，与强烈的非谐部门的PEL。从原子模拟的数值证据表明，太赫兹原子振动的BP在原子玻璃中贡献最大的是强烈的非谐，证明了通过非常大的值的原子和模式分辨Grüneisen参数发现的原子振动构成的BP。这些结果提供了一个直接的桥梁之间的振动光谱和拓扑结构的PEL在固体中，并指向一个新的“巨大的非谐性”的范例，通用的无序材料和声子玻璃的问题，在新兴材料的能源应用。从这个意义上说，无序和非和谐是同一枚硬币的两面。
2022-01-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
QUASAR: A Universal Autonomous System for Atomistic Simulation and a Benchmark of Its Capabilities
School of Physics, Chemistry and Earth Sciences, Adelaide University（阿德莱德大学物理、化学与地球科学学院）
QUASAR通过整合多种原子模拟方法，实现自主的多尺度工作流，展示了其在材料筛选和新型材料评估中的应用潜力。
2026-04-07 cond-mat.mtrl-sci cs.AI
Combining phonon accuracy with high transferability in Gaussian approximation potential models
机器学习驱动的原子间势，包括高斯近似势（GAP）模型，是原子模拟的新兴工具。在这里，我们解决的方法问题，如何可以适合GAP模型，准确地预测振动特性的特定区域的配置空间，同时保持灵活性和可转移性。我们使用的GAP拟合的自适应正则化，其与任何给定原子上的绝对力大小成比例，从而探索GAP正则化作为“预期误差”的贝叶斯解释，以及其对感兴趣的材料的物理性质预测的影响。该方法能够很好地预测结构不同的硅同素异形体的声子模式（在0.1-0.2 THz范围内），并且它可以与现有的拟合数据库相结合，以实现高可转移性。这些发现和工作流程预计将有助于更普遍的间隙驱动材料建模。
2020-05-14 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Atomistic Investigation of Elementary Dislocation Properties Influencing Mechanical Behaviour of $Cr_{15}Fe_{46}Mn_{17}Ni_{22}$ alloy and $Cr_{20}Fe_{70}Ni_{10}$ alloy
采用分子动力学模拟方法研究了无钴高熵模型合金（$Cr_{15}Fe_{46}Mn_{17}Ni_{22}$ at. %）与奥氏体不锈钢（ASS）（$Cr_{20}Fe_{70}Ni_{10}$，%).最近开发的嵌入原子方法（EAM）的潜力被用来描述合金中的原子相互作用。分子静力学（MS）计算被用来研究位错的本地堆垛层错能（SFE），解离距离方面的性能，而MD被用来调查的解离距离下施加的剪切应力作为温度和应变速率的函数。结果表明，与ASS模型合金相比，HEA合金中的位错移动需要更高的临界应力。的位错迁移率的模拟结果的理论研究表明，一个简单的本构迁移率法允许预测在两种合金中的位错速度超过三个数量级，涵盖声子拖曳制度和热激活制度引起的位错unpinning从本地硬配置。
2022-05-18 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
Unraveling the significance of Raman modes, Gruneisen parameters and phonon lifetimes in the hexagonal allotropes of Silicon and Germanium compounds
Birla Institute of Technology and Science Pilani Hyderabad Campus（比拉理工学院皮拉尼海得拉巴校区）
本文利用meta-GGA泛函研究了硅和锗六方同素异形体的电子结构和振动特性，分析了声子寿命、声子散射率及声子谱的非谐性影响，旨在提升热电、光伏和光电设备的应用效能。
2026-04-19 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
General-Purpose Machine-Learned Potential for CrCoNi Alloys Enabling Large-Scale Atomistic Simulations with First-Principles Accuracy
Aalto University（阿尔托大学）；NOMATEN Centre of Excellence, National Center for Nuclear Research（国家核研究中心卓越中心）
本文提出一种通用机器学习势能模型，用于CrCoNi合金，实现高精度大尺度原子模拟，准确预测相变和力学性能。
2026-03-26 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Force field optimization by end-to-end differentiable atomistic simulation
提出基于自动微分的端到端可微原子模拟框架，通过解析计算梯度优化力场参数，能准确再现弹性、振动等复杂材料性质并提升泛化能力。
2024-09-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
A minimal Tersoff potential for diamond silicon with improved descriptions of elastic and phonon transport properties
硅是一种重要的材料，人们提出了许多经验原子间相互作用势对其进行原子模拟，其中Tersoff势及其变体是最受欢迎的。然而，所有现有的Tersoff类势不能再现实验测量的金刚石硅的热导率。在这里，我们提出了一个修改后的Tersoff势和开发一个高效的开放源代码称为GPUGA（图形处理单元遗传算法）的基础上的遗传算法，并使用它来适应量子密度泛函理论计算的能量，维里和力的数据的潜在参数。这种潜力，这是在高效的开源GPUMD（图形处理单元分子动力学）代码中实现的，给出了显着改善的描述的热导率和声子分散的金刚石硅相比，以前的Tersoff电位，并在同一时间很好地再现了弹性常数。此外，我们发现量子效应对金刚石硅在室温下的热导率是不可忽略的，但很小：使用经典统计低估了约10%的热导率相比，使用量子统计。
2019-09-25 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Machine Learned Potential for High-Throughput Phonon Calculations of Metal-Organic Frameworks
针对MOFs声子计算中DFT成本过高的问题，本文微调MACE模型得到MACE-MP-MOF0，在127个MOFs数据集上训练，准确预测声子性质、热膨胀和体积模量，实现高通量计算。
2025-02-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Atomistic Description of Spin Crossover Under Pressure and its Giant Barocaloric Effect
本研究通过固态PBE+U计算揭示了典型自旋交叉配合物[FeL$_2$][BF$_4$]$_2$中压力调控转变温度的非线性机制及低频声子对巨压热效应的关键作用，并建立了精确模拟压热效应的计算协议，为发现高性能压热材料提供了工具。
2025-08-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Amorphized graphene: A stiff material with low thermal conductivity
全碳异质结构最近已经通过单层石墨烯的聚焦离子束图案化产生。非晶化石墨烯类似于石墨烯片，其中一些六边形被五边形、七边形和八边形环的组合替代。本调查提供了一个关于声子和负载沿无定形石墨烯转移的一般看法。所开发的模型的机械和导热性能的评估产生准确的结果为原始的石墨烯和非晶化的石墨烯薄膜的获得的结果是大小无关的。我们的原子论结果表明，非晶石墨烯片可以表现出非常高的弹性模量~500 GPa和拉伸强度~50 GPa在室温下。然而，我们的研究结果表明，在较高的温度下，无定形石墨烯的机械性能下降。此外，我们表明，非晶化的石墨烯呈现出较低的热导率~15 W/mK，这比原始石墨烯小两个数量级，并且我们验证了其热导率对温度几乎不敏感，因为它由声子-缺陷散射而不是声子-声子散射主导。最后，我们的研究结果表明，非晶化石墨烯结构具有非常高的弹性模量和机械强度，以及低热导率，这对于碳基材料来说是一种不寻常的组合。
2017-03-17 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Intrinsic characteristic radius drives phonon anomalies in Janus transition metal dichalcogenide nanotubes
School of Mechatronic Engineering and Automation, Shanghai University（上海大学机电工程与自动化学院）；Shanghai Key Laboratory of Mechanics in Energy Engineering, Shanghai Institute of Applied Mathematics and Mechanics, Shanghai Frontier Science Center of Mechanoinformatics, School of Mechanics and Engineering Science, Shanghai University（上海大学力学与工程科学学院）
研究揭示Janus单层卷曲形成纳米管时，本征弯曲半径对声子频率的影响，发现声子频率在特征半径处达到峰值，揭示了本征与外在曲率的独特耦合机制。
2025-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
