Molecular Dynamics Prediction of Thermal Conductivity of GaN Films and Wires at Realistic Length Scales
最近的分子动力学模拟方法使散装材料的热导率估计。在这些模拟中，周期性的边界条件被用来扩展系统的热力学极限尺寸。这种策略不能用于具有有限尺寸的纳米结构，其通常比直接模拟的尺寸大得多。桥接模拟和实际的纳米结构之间的长度尺度，我们进行大规模的分子动力学计算的热导率在不同的系统尺寸检查最近开发的电导率与尺寸缩放理论的膜和线配置。我们表明，通过适当的应用的标度律，可靠的插值可以用来准确地预测薄膜和电线的热导率作为一个函数的薄膜厚度或电线半径在现实的长度尺度从分子动力学模拟。我们应用这种方法来预测GAN纤锌矿纳米结构的热导率。
2012-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical properties and thermal conductivity of graphitic carbon nitride: A molecular dynamics study
石墨氮化碳纳米片由于其独特的物理化学性质而成为二维纳米材料中最具吸引力的材料之一，然而，关于其机械和热性能的信息还不充分。因此，我们采用经典的分子动力学模拟研究了两种主要结构的单层三嗪基g-C3 N4薄膜的热导率和力学响应，通过单轴拉伸模拟，我们发现两种不同结构的g-C3 N4薄膜的弹性模量分别为320和210 GPa，拉伸强度分别为47和30 GPa。使用平衡分子动力学模拟，独立的g-C3 N4结构的热导率也被预测为约7.6 W/mK和3.5 W/mK。我们的研究表明，g-C3 N4薄膜作为令人兴奋的候选增强聚合物材料的机械性能。
2017-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Molecular dynamics study of the effect of moisture and porosity on thermal conductivity of tobermorite 14 Å
采用ClayFF势的分子动力学模拟方法，研究了水分和孔隙率对雪硅钙石14 ~水泥石导热系数的影响。计算结果表明，导热系数随孔隙内质量含水率的增加而单调增加，线性拟合函数的斜率随孔隙率的增加而减小。同时，归一化的导热系数被发现增加按体积的水分含量呈指数增加。本文用多孔湿雪硅钙石14 <$m ~的声子态密度解释了单个原子和分子对热性质的贡献。研究结果可为水泥、混凝土等高保温材料的节能建筑设计提供参考。
2020-02-19 cond-mat.mtrl-sci
A Comparative Study of Molecular Dynamics Approaches for Simulating Ionic Conductivity in Solid Lithium Electrolytes
Université de Montréal（蒙特利尔大学）；Mila – Quebec AI Institute（米拉-魁北克人工智能研究所）；National Research Council Canada（加拿大国家研究委员会）；Institut Courtois, Université de Montréal（蒙特利尔大学库尔图瓦研究所）
本文比较了密度泛函理论和通用机器学习互原子势在模拟21种固态锂电解质离子导电性中的性能，发现两者表现相当，尽管MACE在GPU上比DFT快350倍。
2026-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Origin of high thermal conductivity in disentangled ultra-high molecular weight polyethylene films: ballistic phonons within enlarged crystals
取向聚合物的热输运性质具有重要的理论意义和实用价值。最近在解缠结的超高分子量聚乙烯（UHMWPE）膜中报道了高热导率（$\gtrsim 50$ Wm $^{-1}$ K $^{-1}$），大大超过了先前报道的取向膜的值。然而，相互矛盾的解释已经提出了高热导率的微观起源。在这里，我们报告的热导率和平均自由程累积功能的解缠结UHMWPE薄膜（拉伸比$\sim 200$）使用低温稳态热导率测量和瞬态光栅光谱的表征。在30 - 300 K的温度范围内，我们观察到热导率与光栅周期的显著相关性.考虑到这一观察，低温体热导率的测量，和分析使用各向异性德拜模型，我们得出结论，纵向原子振动的平均自由程约400纳米是主要的热载体和拉伸比$\gtrsim 150$的高热导率产生的扩大与拉伸扩展晶体。平均自由程似乎仍然受到扩展晶体尺寸的限制，这表明尚未实现解缠结UHMWPE膜的热导率上限。
2021-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Accelerating the Discovery of Materials with Expected Thermal Conductivity via a Synergistic Strategy of DFT and Interpretable Deep Learning
本文提出可解释深度学习框架实现快速准确的晶格热导率预测，结合DFT与MD验证了四种热导体/绝缘体，并通过敏感性分析揭示声子热输运新机制，为材料科学可解释AI树立新基准。
2025-09-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thermal conductivity of porous jennite by molecular dynamics method
采用分子动力学方法，在ClayFF力场的作用下，模拟了水泥浆体中主要组分-多孔镁铝榴石的导热系数及其孔隙率和温度的相关性。通过去除块状jennite模型中球体内的原子，得到了具有不同孔隙率的多孔jennite模型。在300 K时，用平衡Green-Kubo方法和非平衡Müller-Plathe（MP）方法计算的块体jennite的导热系数基本一致。在300 K时，多孔镁铝榴石的体积热导率随着孔隙率从0%增加到72.22%而从1.141 W/m $\cdot$ K减小到0.144 W/m $\cdot$ K，并符合经验相干势模型。随着温度的升高，孔隙率为0、15.99和32.79%的多孔珍妮岩的热导率从240 K增加到560 K，然后逐渐减小，直到1100 K。
2019-07-13 cond-mat.mtrl-sci
High thermal conductivity of bulk epoxy resin by bottom-up parallel-linking and strain: a molecular dynamics study
非晶态环氧树脂的超低热导率（~0.3 Wm-1 K-1）显著限制了其在电子领域的应用。传统的自上而下的方法如静电纺丝通常能使线型聚合物形成取向结构，从而使导热性能得到满意的提高，但对于由单体和固化剂聚合而成的环氧树脂，由于交联网络结构完全不同，这种方法就显得不足了。在此，我们提出了一种自下而上的策略，即平行连接法，以提高本体环氧树脂的固有热导率。通过平衡态分子动力学模拟，我们报道了平行连接的环氧树脂（PLER）的高导热系数值为0.80 Wm-1 K-1，是无定形结构的两倍多。此外，通过沿链内方向施加单轴拉伸应变，获得了热导率的进一步增强，达到6.45 Wm-1 K-1。有趣的是，我们还观察到链间热导率随着应变的增加而降低。还研究了环氧树脂的单链，并且令人惊讶的是，通过拉伸应变，其热导率提高了30倍，高达33.8 Wm-1 K-1。本研究为高导热环氧树脂的设计和制备提供了新的思路。
2018-01-13 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
Thermal conductivity reduction in carbon nanotube by fullerene encapsulation: A molecular dynamics study
单壁碳纳米管（SWCNT）在其原始形式下具有高导热性，其进一步的改进引起了很多兴趣。一些理论研究表明，C $_{60}$富勒烯包封显著增强了$(10,10)$ SWCNT的热导率。然而，最近对单壁碳纳米管束的实验表明，富勒烯封装导致热导率的降低而不是增加。在这里，我们采用三种不同的分子动力学方法来研究的影响，C $_{60}$封装在$(10,10)$单壁碳纳米管的热传输。所有三种方法一致地预测$(10,10)$ SWCNT的热导率在通过$20\%-30\%$封装C $_{60}$后降低，与SWCNT束的实验结果一致。我们证明，有一个模拟工件中的Green-Kubo方法，它给出了巨大的人工对流的热导率。我们的研究结果表明，C $_{60}$分子进行很少的热量相比，外部单壁碳纳米管和减少声子平均自由程的单壁碳纳米管诱导额外的声子散射。我们还发现，一个$(10,10)$单壁碳纳米管的热导率单调下降，增加填充率的C $_{60}$分子。
2020-02-08 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
Effect of intrinsic defects on the thermal conductivity of PbTe from classical molecular dynamics simulations
尽管是典型的热电材料，但时至今日，这些材料的效率方面的一些最令人兴奋的进展仍是通过调整PbTe的特性来实现的。其固有的低晶格热导率可以通过设计能够在宽范围的长度尺度上散射声子的结构来降低到其基本极限。本征缺陷，如空位或晶界，可以并确实发挥这些散射网站的作用。在这里，我们评估这些缺陷的影响，通过分子动力学模拟。为此，我们特意参数化白金汉潜力，提供了一个很好的描述这种材料的热导率在很宽的温度范围内。我们的研究结果表明，本征点缺陷和晶界可以降低PbTe的晶格电导率下降到其体值的四分之一。通过研究的尺寸依赖性，我们还表明，在实验中实现的典型的缺陷浓度和晶粒尺寸通常对应于原始PbTe的体晶格电导率。
2019-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Accelerating Discovery of Vacancy Ordered 18-Valence Electron Half-Heusler Compounds: A Synergistic Approach of Machine Learning and Density Functional Theory
本研究结合机器学习与密度泛函理论，加速发现18价电子空位有序半-Heusler化合物，通过预测生成能并验证其半导体与热电性能，为降低热导率及提升热电优值提供新策略。
2023-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Phonon Lifetimes and Thermal Conductivity of the Molecular Crystal $α$-RDX
采用三种基于声子的导热模型对有机分子晶体$α$ -RDX的传热性能进行了研究。研究发现，广泛使用的Peierls-Boltzmann模型在结晶材料中的热输运打破了$α$ -RDX。我们表明，这种故障是由于一个很大程度的非谐性，导致扩散类载流子的主导地位。尽管是针对无序系统发展的，但艾伦-费尔德曼导热理论实际上给出了热输运的最佳描述。这可能是因为扩散载体贡献了$α$ -RDX中超过95%的热导率。扩散载流子的优势大于以前在其他完全有序的晶体系统中观察到的。这些结果表明，范德华键合的有机结晶固体以比简单原子晶体更类似于无定形材料的方式导热。
2019-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Finite size effects in determination of thermal conductivities: comparing molecular dynamics results with simple models
纳米物体或纳米结构材料的热导率可以使用非平衡分子动力学（NEMD）模拟来确定。该技术原理简单，类似于数字保护热板实验。“样品”被放置在由恒温原子组组成的热源和冷源之间。热导率由穿过样品的热通量和系统中的温度分布获得。然而，模拟结果，表现出很强的依赖性的样品尺寸上的热导率。在本文中，我们讨论了这种尺寸依赖性的物理起源，通过比较MD结果与简单的模型的基础上固体的谐波理论的热导率。提出了一个模型来解释的热导率随系统尺寸的变化。
2003-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Comparison of the Green-Kubo and homogeneous non-equilibrium molecular dynamics methods for calculating thermal conductivity
不同的分子动力学方法如直接方法、Green-Kubo（GK）方法和均相非平衡分子动力学（HNEMD）方法已被广泛用于计算晶格热导率（$κ_\ell$）。虽然前两种方法已经被广泛使用和比较，但缺乏这些方法与HNEMD方法的比较。聚焦于基本的计算参数，我们提出了一个详细的比较GK和HNEMD方法的体硅和空位硅使用Stillinger-Weber势。对于批量计算，我们发现这两种方法都表现良好，并在可接受的不确定性范围内产生$κ_\ell$。在空位计算的情况下，HNEMD方法比GK方法具有轻微的优势，因为对于较低的$κ_\ell$值，它在计算上变得更便宜。本研究为HNEMD方法在$κ_\ell$计算中应用于纳米孔洞、位错、界面等晶格缺陷的计算提供了参考。
2017-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Accelerating Structure Prediction of Molecular Crystals using Actively Trained Moment Tensor Potential
本文提出结合矩张量势与基于maxvol算法的主动学习方法，加速分子晶体结构预测，并在苯和甘氨酸上验证，发现了一种特殊的聚合苯低能结构。
2024-10-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Anisotropic thermal conductivity and mechanical properties of phagraphene: A molecular dynamics study
Phagraphene是一种新的二维碳同素异形体，具有有趣的电子性质，最近被理论上提出。Phagraphene类似于具有五边形、七边形和六边形环排列的缺陷石墨烯结构。本研究以分子动力学模拟探讨噬格菲的热传导与力学性质。利用非平衡分子动力学方法，我们发现phagraphene的热导率是各向异性的，室温下沿扶手椅方向的值为$218 \pm 20$ W/m-K，沿锯齿形方向的值为$285 \pm 29$ W/m-K.这两个值都比原始石墨烯小一个数量级。声子群速度的分析也表明，与石墨烯相比，phagraphene的这个量显著减少。通过单轴拉伸模拟，研究了噬菌体的变形过程和力学响应。我们发现phagraphene在$85 \pm 2$ GPa附近表现出显著的高拉伸强度，而其弹性模量沿面内方向也是各向异性的，扶手椅和Z字形方向的值分别为$870 \pm 15$ GPa和$800 \pm 14$ GPa。phagraphene较低的热导率及其预测的电子特性表明，它可能是未来碳基热电器件中比石墨烯更好的候选者。
2017-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Dynamics Simulations for Anisotropic Thermal Conductivity of Borophene
本文采用Muller-Plathe方法对硼纳米管和硼纳米管的导热系数进行了分子动力学模拟。研究了扶手椅型和锯齿型硼杂环戊二烯的热导率，发现硼杂环戊二烯具有较强的各向异性热导率。我们比较了硼纳米管和硼纳米管的结果，发现硼纳米管的热导率与结构有关。
2017-05-31 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
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
P-type conductivity in cubic GaMnN layers grown by molecular beam epitaxy
采用等离子体辅助分子束外延技术在GaAs（001）衬底上生长了立方（锌掺杂）Ga 1-xMn xN薄膜。一些结构还包含立方AlN缓冲层。俄歇电子能谱和二次离子质谱研究清楚地证实了Mn掺入到立方GAN中，Mn均匀地分布在整个层中。X射线衍射研究表明，Mn掺杂的GAN膜是立方的，并且在Mn浓度x<0.1时不显示相分离。观察到的立方Ga 1-xMnxN层的P型导电性的Mn掺杂水平的宽范围内。室温下测得的空穴浓度与Mn的掺入量呈非线性关系，变化范围为3 × 10^16 ~ 5 × 10^18 cm-3。
2003-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Accelerating Equilibration in First-Principles Molecular Dynamics with Orbital-Free Density Functional Theory
提出结合无轨道与Kohn-Sham DFT的混合方法，快速生成平衡离子构型，加速第一性原理模拟并提升机器学习模型精度，适用于温稠密物质研究。
2022-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Quantitatively Analyzing Phonon Spectral Contribution of Thermal Conductivity Based on Non-Equilibrium Molecular Dynamics Simulation I: From Space Fourier Transform
探测体材料中声子输运性质的详细光谱依赖性对于在各种技术中改善结构和器件的功能和性能至关重要。目前，这些信息只能通过平衡态分子动力学模拟（EMD）框架下的声子谱能量密度（SED）或等效的时域简正模分析（TDNMA）方法提供，而在非平衡态分子动力学模拟（NEMD）中还没有实现。在本文中，我们产生了一个新的方案直接基于NEMD和晶格动力学理论，称为时域直接分解方法（TDDDM），预测声子模式比热导率。用TDDDM方法研究了Lennard-Jones（LJ）Ar和Stillinger-Weber（SW）Si两种基准样品的热导率，并与SED和TDNMA方法的结果进行了比较.这两种情况下，我们发现极好的协议，这证实了我们的TDDDM方法的有效性。TDDDM的最大优点是它可以用来研究NEMD模拟中单个声子模的尺寸效应，这是目前EMD模拟中SED和TDNMA无法解决的问题。我们发现平均自由程大于系统尺寸的声子模在NEMD中被截断，对整体热导率的贡献很小。TDDDM为NEMD预测热导率中众所周知的强尺寸效应提供了直接的物理来源。
2015-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Lattice Thermal Conductivity of Sun-Graphyne from Reverse Nonequilibrium Molecular Dynamics Simulations
Federal University of Pernambuco（伯南布哥联邦大学）；State University of Campinas（坎皮纳斯州立大学）；Federal University of Rio Grande do Norte（北里奥格兰德联邦大学）；University of Brasília（巴西利亚大学）
本研究通过反向非平衡分子动力学模拟等方法，探究新型二维碳同素异形体Sun-Graphyne的热导率与声子特性，发现其因炔键增强声子散射，热导率远低于石墨烯，适用于低热传输需求场景。
2024-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Nanoconfined Grain Boundaries Increase Conductivity of Polycrystalline Molecular Crystals
Temple University（天普大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）
通过改变晶界体积分数，发现晶界显著提高多晶分子晶体的导电性，晶粒中的离子迁移较慢，而晶界中的离子迁移更快。
2026-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Dynamics Simulations of Single-Layer Molybdenum Disulphide (MoS2): Stillinger-Weber Parametrization, Mechanical Properties, and Thermal Conductivity
我们提出了一个参数化的Stillinger-Weber势来描述单层MoS 2（SLMoS 2）中的原子间相互作用。将势参数与实验得到的声子谱进行拟合，得到的经验势能很好地描述了声子谱中的能隙和交叉.使用这个潜在的，我们进行经典的分子动力学模拟研究手性，尺寸和应变的影响的杨氏模量和热导率的SLMoS 2。我们证明了SLMoS 2纳米带的机械和热性能的自由边缘的重要性。具体而言，虽然发现边缘效应降低SLMoS 2纳米带的杨氏模量，但自由边缘也降低SLMoS 2纳米带的热稳定性，这可能导致熔融远低于本体熔融温度。最后，单轴应变被发现有效地操纵无限的，周期性SLMoS 2的热导率。
2013-08-13 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of strained silicon: molecular dynamics insight and kinetic theory approach
在这项工作中，我们研究了拉伸和压缩力对硅的热导率的影响。我们采用平衡分子动力学方法计算了不同原子间相互作用势下的热导率。更具体地说，我们测试了Stillinger-Weber，Tersoff，环境依赖的原子间势和改进的嵌入原子方法势，用于描述不同应变和温度条件下的硅原子运动。此外，我们从分子动力学模拟中提取了声子态密度和色散曲线。这些数据用于考虑动力学理论方法的导热系数的直接计算。比较分子动力学和动力学理论模拟结果作为应变和温度的函数，使我们能够研究影响应变硅热导率的不同因素。
2019-08-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Temperature Effects in the thermal conductivity of aligned amorphous Polyethylene -- A molecular Dynamics study
通过分子动力学模拟，分析了链状取向非晶聚乙烯（PE）的热导率（k）与温度的关系。我们发现，在增加水平的取向，对应于一个峰值k的温度逐渐降低。未取向的PE在350 K处表现出k峰，而取向的PE在400%的施加应变下在100 K处表现出最大值。这种转变的峰值K到较低的温度，增加对齐的解释在交叉从无序到非谐性主导的声子输运在对齐的聚合物。这种交叉的证据是通过操纵聚合物结构中的无序并研究对应于峰k的温度变化来实现的。无序是通过改变势函数的二面角参数来修改的，允许改变反式和偏置变换的相对分数。这些结果揭示了取向聚合物中的基本热传输过程，并对聚合物材料在热管理技术中的低温应用具有重要意义。
2019-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Computation of the thermal conductivity using classical and quantum molecular dynamics based methods
固体氩模型的热导率进行了研究，使用非平衡分子动力学方法，以及传统的玻尔兹曼输运方程方法与输入的分子动力学计算，无论是经典和量子恒温器。一个令人惊讶的结果是，在低温下，只有经典的分子动力学技术与实验数据一致。我们认为，这种协议是由于补偿的错误，并提出了一个适当的方法计算热导率在低（德拜以下）温度的问题。
2013-07-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Molecular dynamics simulation for heat transport in thin diamond nanowires
采用分子动力学模拟研究了金刚石纳米线（DNW）中的声子热导率。研究发现，窄DNW的热导率较低，且不表现出明显的温度依赖性;超窄DNW的热导率很小（约为2.0 W/m/K），在热电器件中具有潜在的应用价值。这两种现象可能是由于窄DNW中占主导地位的表面效应和声子限制效应造成的。我们的模拟揭示了高各向异性的热传输DNW。具体地，沿[110]生长方向的DNW中的热导率比沿[100]和[111]生长方向的DNW中的热导率大约5倍。各向异性被认为是根在各向异性群速度的声学声子模式在DNW沿三个不同的生长方向。
2011-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale Graphene Disk: A Natural Functionally Graded Material --The Thermal Conductivity of Nanoscale Graphene Disk by Molecular Dynamics Simulation
在这封信中，我们调查的数值（非平衡分子动力学）和分析纳米石墨烯盘（NGDs）的热导率，并讨论了实现功能梯度材料的可能性，只有一种材料，NGDs。我们发现，NGD具有梯度导热性，可以在很大的温度范围内用作功能梯度材料。此外，我们还研究了NGDs的热导率与半径和温度的关系。我们的研究可能会启发实验工作者开发NGD基功能梯度材料，并帮助石墨烯去除芯片上的热点。
2014-09-08 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Thermal conductivity of molecular crystals with self-organizing disorder
在2-130 K温度区间内，测定了质子化C_2H_5OH和氘代C_2D_5OD乙醇、环状物质（环己醇C_6H_（11）OH、氰基环己烷C_6H_（11）CN、环己烯C_6H_（10））和氟里昂112（CFCl_2）_2的取向玻璃的热导率。所研究的物质表现出与无序系统物理有关的新效应。揭示了分子取向玻璃热导率的普遍温度依赖性。在低温下，热导率表现出一种普遍的行为，可以用软势模型来描述。在相对高的温度下，热导率具有模糊的最大值，然后随着温度的升高而降低，这通常发生在晶体结构中。
2014-04-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Modeling transient absorption and thermal conductivity in a simple nanofluid
分子动力学模拟用于模拟含有纳米颗粒的模型流体（纳米流体）的热性质。通过模拟瞬态吸收实验，我们表明，它们提供了一个可靠的测定颗粒和流体之间的界面电阻。分子模拟的灵活性使我们能够分别考虑约束、粒子质量和布朗运动对流体与粒子之间热传递的影响。最后，我们表明，在集体效应的情况下，纳米流体的热导率很好地描述了经典的麦克斯韦石榴石方程模型。
2006-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Turning Insulators into Accelerators: Deciphering the Interfacial Conductivity Boost in ZrO2-Li2ZrCl6 Composites through Machine Learning Molecular Dynamics Simulations
Suzhou Laboratory（苏州实验室）
通过机器学习分子动力学模拟揭示ZrO2-Li2ZrCl6复合材料界面导电性提升的原子机制，指导固态电池电解质设计。
2026-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Spectral Decomposition of Thermal Conductivity: Comparing Velocity Decomposition Methods in Homogeneous Molecular Dynamics Simulations
新应用程序的设计，特别是那些基于异构集成的应用程序，必须依赖于对材料特性的详细了解，例如热导率（TC）。为此，已经开发了多种方法来研究TC作为振动频率的函数。在这里，我们比较了三个频谱TC方法的基础上速度分解均相分子动力学模拟：格林-久保模态分析（GKMA），频谱热流（SHC）的方法，我们提出了一种方法，称为均相非平衡模态分析（HNEMA）。首先，我们推导出一个方便的每个原子的维里一般多体势所描述的系统的表达，使紧凑表示的热流，每个速度分解方法，和其他相关的量。接下来，我们通过计算碳纳米管，石墨烯和硅的光谱TC来评估每种方法。我们表明，除了在光学声子频率，失配的本征矢量和一个大的状态密度的组合产生人工TC峰的模态分析方法，每种方法定性同意。我们的计算还表明，HNEMA和SHC方法收敛速度比GKMA方法快得多，SHC方法是最有效的计算。最后，我们证明了我们的单GPU模态分析实现GPUMD（图形处理单元分子动力学）是超过1000倍的速度比现有的LAMMPS（大规模原子/分子大规模并行模拟器）在一个CPU上实现。
2021-02-07 cond-mat.mtrl-sci
When Is Molecular-Dynamics-Predicted Ionic Conductivity Reliable in Solid Electrolytes?
Xiamen University（厦门大学）；Shenzhen Institutes of Advanced Technology, Chinese Academy of Sciences（中国科学院深圳先进技术研究院）；Tohoku University（东北大学）
本文针对分子动力学预测固态电解质离子电导率的可靠性问题，提出以局部均方位移指数α(t)作为定量判据，评估动力学收敛并确定最小轨迹长度，从而提升材料排序准确性和资源利用效率。
2026-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity tensor of $β$-HMX as a function of pressure and temperature from equilibrium molecular dynamics simulations
本研究应用 Green-Kubo 方法结合平衡分子动力学模拟，通过热流滤波与双指数拟合解决了收敛慢的问题，测定了 $β$-HMX 在宽温压范围内的热导率张量，并提出了描述其行为的半经验拟合公式。
2023-09-15 cond-mat.mtrl-sci
High thermal conductivity dominated by thermal phonons with mean free paths exceeding hundred nanometer in three-dimensional covalent organic framework derivatives: a molecular dynamics study
该研究通过分子动力学模拟探究三维COF-102衍生物的热输运性质，发现高质量密度衍生物热导率可达约27 W/mK，其提升源于低频声子的长平均自由程，为COFs热管理应用提供了设计策略。
2025-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Modeling thermal conductivity and collective effects in a simple nanofluid
分子动力学模拟用于模拟含有固体纳米颗粒的流体（纳米流体）的热性质。分子模拟的灵活性使我们能够考虑颗粒质量，颗粒与颗粒和颗粒与流体的相互作用以及颗粒的空间分布对热导率的影响。我们表明，一个良好分散的纳米流体的导热系数是很好地描述了经典的麦克斯韦-加内特方程模型。在粒子聚集和强粒子间相互作用的情况下，电导率可以再次通过考虑簇的纵横比的有效介质计算来描述。当颗粒在温度梯度的方向上排列时，热传递增加。这种集体效应可能是理解在一些实验中观察到的电导率大幅增加的第一步。
2006-12-11 cond-mat.mtrl-sci
A molecular dynamics simulation study of thermal conductivity of plumbene
本研究通过分子动力学模拟，优化势参数，发现铅烯热导率约为8 W/m·K，受长度、温度、边缘类型和应变影响，为理解其热输运提供关键见解。
2023-11-17 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Phonon thermal conductivity by non-local non-equilibrium molecular dynamics
非平衡（NE）分子动力学（MD），或NEMD，给出了一个“直接”模拟的导热系数kappa。热量H（x）在不同的地方x以相等的量被加上和减去。在达到稳态后，通过在有限部分上求平均值来找到温度T（x）。通常的目的是从远离热源和散热器的地方提取dT/dx的值。这产生了导热率的有效卡帕（L），L是系统尺寸。然后将结果作为L的函数进行研究，以提取散装限值Kappa。在这里，我们的热量是H（x）~sin（qx），其中q= 2 pi/L。这导致稳态温度T_0 + Δ T sin（2 pi x/L）。提取热导率kappa（q），其在所选q（或L）处很好地收敛。体电导率kappa要求将q限制为0。该方法是测试液态和结晶氩。一个优点是在给定的总MD运行时间下降低了计算噪声。另一个优点是kappa（q）比kappa（L）具有更多的物理意义。它可以很容易地使用Peierls-Boltzmann输运理论进行研究。在简化的德拜型模型中，kappa（q）的新公式给出了关于外推到q到0或1/L到0的新见解。特别是，它表明，kappa（L）不太可能表现为kappa-C/L，更有可能表现为kappa-C '/sqrt（L）。收敛问题中遇到的计算单元具有非常大的纵横比L（平行）/L（perp）进行了分析。一些细节包含在“补充材料”文件中。
2016-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Conductivity and Resistivity of Dirac Electrons in Single-Component Molecular Conductor [Pd(dddt)_2]
本文用紧束缚模型计算了单组分分子导体[Pd（dddt）_2]在压力下的电导率和电阻率，研究了压力下的Dirac电子，给出了半金属或绝缘体的节线。电导率的温度（T）依赖性表明，由于狄拉克锥，电导率在低T下在压力下线性增加，但在高T下几乎保持恒定。此外，在较低的压力下，由于非常规间隙，导电性被抑制，这是通过计算电阻率来检查的。即使在狄拉克锥所描述的情况下，电阻率也表现出类似赝隙的行为。这种行为起源于一个新的作用的节线半金属其次是一个赝隙，这是不同的带隙。本文的结果合理地解释了实验中观察到的电阻率现象。
2018-07-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Anisotropic Conductivity of Nodal Line Semimetal in Single-Component Molecular Conductor [Pd(dddt)$_2$]
利用紧束缚模型，研究了单组分分子导体[Pd（dddt）$_2$ ]中三维Dirac电子节线半金属的各向异性电导率.电导率显示由$σ_y > σ_x > σ_z$给出的各向异性，其与狄拉克锥的速度一致，其中$z$是层间方向，$y$是分子堆叠方向。随着压力的增加，出现节线半金属，随后是狄拉克点的环，其中$σ_x$在压力下达到最大值。通过计算态密度和化学势研究了这种压力依赖性。研究了各向异性电导率的温度依赖性，在低温下得到一个恒定的行为，这归因于狄拉克电子。
2018-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effects of nano-void density, size, and spatial population on thermal conductivity: a case study of GaN crystal
晶体的热导率对表面和纳米级缺陷的存在很敏感。虽然这为定制热导率提供了巨大的机会，但只有当热导率对缺陷密度、尺寸和空间分布的依赖性被理解和量化时，才能实现用于特定电子或热电应用的纳米晶体的真正“声子工程”。不幸的是，纳米级缺陷的影响的实验研究是相当具有挑战性的。虽然分子动力学模拟在计算热导率方面是有效的，但是可以利用可行的计算资源探索的缺陷密度范围是不切实际的高。因此，以前的工作还没有产生一个充分详细的了解热导率对纳米缺陷的依赖。以GAN为例，结合物理解析模型和高收敛的大规模分子动力学模拟，研究了缺陷对热导率的影响。导热系数作为空隙密度，尺寸和人口的函数的解析表达式已被推导和证实的模型，模拟和实验。
2012-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Density dependence of thermal conductivity in nanoporous and amorphous carbon with machine-learned molecular dynamics
本研究利用机器学习势驱动的分子动力学模拟，揭示了纳米多孔碳与无定形碳热导率分别呈线性、超线性密度依赖的规律，阐明了杂化结构与结构有序度的调控机制，为热管理材料设计提供理论支撑。
2024-12-12 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
Length dependence of thermal conductivity by approach-to-equilibrium molecular dynamics
采用原子接近平衡分子动力学方法（AEMD），系统地研究了20多年来不同材料、原子间相互作用势和温度下热导率的长度依赖性.通过比较对于给定的超晶胞长度和最大声子平均自由程（MFP）获得的电导率的值，我们发现，这样的值是强烈相关的，表明AEMD计算与有限长度的超晶胞，实际上探测对应于最大声子MFP的热导率。因此，通常对于较差的热导体（例如无定形二氧化硅）观察到的不太明显的长度依赖性通过其较短的平均声子MFP在物理上是合理的。最后，我们比较了不同的解析外推的电导率无限长，并证明了常用的Matthiessen规则是不适用于AEMD。另一种外推更适合于瞬态时间，有限超胞模拟。这种近似方案也可以用来分类质量不同的原子间相互作用势模型相对于它们的预测实验热导率的能力。
2016-06-17 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Thermal conductivity and thermal diffusivity of molten salts: insights from molecular dynamics simulations and fundamental bounds
本研究通过分子动力学模拟计算了LiF和KCl熔融盐的热导率与热扩散率等热性质，将其与基本物理常数下限对比，并基于原子动力学和声子激发解释热性质，发现热扩散率接近运动粘度。
2025-01-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Thermal Conductivity and Mechanical Properties of Nitrogenated Holey Graphene
氮化多孔石墨烯（NHG）是一种具有C2 N化学计量比的二维石墨烯衍生材料，其基底平面上均匀分布有空穴和氮原子。我们进行了第一性原理计算和分子动力学模拟，以研究在不同温度下的这种新型的二维材料的力学和热输运性能。基于密度泛函理论的第一性原理计算在0 K下产生400 +/- 5 GPa的弹性模量，比低温下分子动力学模拟预测的大10%。我们观察到随着温度的升高，弹性模量和拉伸强度总体呈下降趋势。在室温下，我们发现NHG可以呈现出335 +/-5GPa的显著弹性模量和60 GPa的拉伸强度。我们还通过非平衡分子动力学模拟研究了NHG的热导率。在300 K下，发现固有热导率为64.8 W/m-K，有效声子平均自由程为34.0 nm，两者均小于石墨烯的相应值，并随温度降低。我们基于模型的预测应该作为关于这种新材料物理特性的实验的指导。
2017-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced ionic conductivity through crystallization of glass-Li$_3$PS$_4$ by machine learning molecular dynamics simulations
该研究利用基于第一性原理的机器学习原子间势开展分子动力学模拟，揭示玻璃态Li$_3$PS$_4$结晶后离子电导率提升源于结晶度升高降低Li扩散势垒，且渗流传导起关键作用，为玻璃陶瓷电解质应用提供参考。
2023-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio Molecular Dynamics study of 1-D Superionic Conduction and Phase Transition in \b{beta}- Eucryptite
$β$ -锂霞石（LiAlSiO 4）由于其高的锂离子电导率和非常小的体积热膨胀系数，是一种很有潜力的锂离子电池电解质。我们对$β$ -锂霞石进行了从头算分子动力学模拟，研究了这种材料中高温超离子相变的起源。模拟能够提供沿六边形c轴发生的一维超离子性的微观理解，并且与相变的有序-无序性质相关联。锂离子电导率的提高是由于沿六方c轴的各向异性负热膨胀。在晶体中引入缺陷，如间隙位中的过量Li、Li空位和O空位，被发现显著增加离子电导率，因此可能降低该材料中的超离子相变温度。
2018-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Electronic functionalization of the surface of organic semiconductors with self-assembled monolayers
分子自组装已被广泛用于金属和氧化物的表面改性，用于各种应用，包括分子和有机电子学。本研究的目标之一是了解这些表面的电子性质可以通过自组装单分子膜（SAM）进行修改。在这里，我们展示了一种新型的分子自组装：在有机半导体表面生长有机硅烷自组装膜，这导致有机材料的表面电导率急剧增加。对于具有大偶极矩的有机硅烷分子，SAM诱导的有机分子晶体的表面电导率接近每平方10^-5 S，这与超高载流子密度下有机场效应晶体管（OFFET）实现的最高电导率相当。SAM功能化的有机表面是完全可接近的环境，这使得它们非常有吸引力的传感应用。我们已经观察到，极性分子的蒸气与SAM功能化的有机半导体的相互作用导致电导率的快速和可逆的变化，与分析物蒸气的压力成比例。
2007-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Equivalence of the equilibrium and the nonequilibrium molecular dynamics methods for thermal conductivity calculations: From bulk to nanowire silicon
分子动力学模拟在研究复杂材料的热输运过程中起着重要的作用。晶格热导率可以在平衡MD（EMD）模拟中使用Green-Kubo公式或在非平衡MD（NEMD）模拟中使用傅立叶定律来计算。这两种方法还没有系统地比较不同尺寸的材料，它们之间的不一致性偶尔在文献中报道。在这里，我们给出了一个深入的比较，他们在三个同素异形体的硅：三维体硅，二维硅烯，和准一维硅纳米线的热输运方面。通过将Green-Kubo公式中的相关时间乘以适当的有效群速度，我们可以将EMD方法中的运行热导率表示为有效长度的函数，并将其与NEMD方法中的长度依赖热导率直接进行比较。我们发现，这两种方法在定量上相互一致的所有系统的研究，牢固地建立其等效计算热导率。
2018-05-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Highly polar groups and supramolecular order enable charge injection and long-range conductivity in organic materials without extended π-systems
Heidelberg University（海德堡大学）；Ulm University（乌尔姆大学）；Universidad de Cantabria（坎塔布里亚大学）；Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
针对传统导电有机材料依赖扩展π体系的局限，研究发现无扩展π体系的有机小分子可借助高极性基团的界面偶极实现电荷注入，依托超分子堆叠的电荷转移实现长程导电，为有机导电材料设计提供新路径。
2025-11-15 cond-mat.mtrl-sci
