Phonon Dispersion Effects and the Thermal Conductivity Reduction in GaAs/AlAs Superlattices
利用精确的晶格动力学模型，对实验观察到的（GaAs）_n/（AlAs）_n（或n × n）超晶格（2x2）、（3x 3）和（6x6）结构的热导率沿生长轴的数量级减小进行了理论研究.由于超晶格的几何形状的声子色散关系的修改导致平坦的声子分支，因此较低的声子速度。这种效应被证明占的导热系数的三分之一的减少相对于体GaAs沿生长方向;其余的是可归因于声子寿命的减少。色散相关还原对温度（100 < T <300 K）和n相对不敏感。声子寿命的减少是最大的（2 × 2）结构和更大的界面散射一致。热导率的降低被证明是明显更敏感的GaAs/AlAs力常数的差异比那些与分子质量。
2000-05-01 cond-mat.mtrl-sci
Phonon anharmonicity and thermal conductivity of two-dimensional van der Waals materials: A review
二维（2D）范德华（vdW）材料由于量子限制效应而具有非凡的热性质，使得它们在微电子器件中的热电能量转换和热管理方面具有前景。本文对三声子和四声子相互作用引起声子非谐性的机制进行了讨论。详细地总结和推导了二维vdW材料的声子非谐性，包括格林奈森参数、声子寿命和热导率。从实验和理论上讨论了典型二维vdW材料的热导率随尺寸的变化。这篇综述将介绍如何评估二维vdW材料中声子非谐性的基础知识和先进知识，这将有助于设计与能量转移和转换相关的新结构和材料。
2022-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Layer thickness-dependent phonon properties and thermal conductivity of MoS2
对于常规材料，当厚度减小时，由于声子边界散射，薄膜的热导率通常被抑制。然而，对于范德瓦尔斯固体，如果厚度减少到只有几层，则不一定如此。本文采用基于第一性原理的Peierls-Boltzmann输运方程方法研究了多层MoS 2中声子性质和热导率随层厚的变化。发现当其厚度从一层增加到三层时，天然存在的MoS 2的基面热导率从138 W/mK单调减小到98 W/mK，而同位素纯MoS 2的基面热导率从155 W/mK单调减小到115 W/mK。三层MoS_2的热导率接近块状MoS_2的热导率。声子色散的变化和厚度引起的非谐性对解释这种热导率降低都很重要。双层MoS 2中增加的非谐性导致ZAi模的更强的声子散射，这与单层MoS 2中对称性的破坏有关。
2016-01-02 cond-mat.mtrl-sci
Experimental determination of phonon thermal conductivity and Lorenz ratio of single crystal metals: Al, Cu and Zn
我们用磁热电阻法测量了纯单晶金属在宽温度范围内的晶格热导率。施加大的横向磁场以抑制电子热传导。测量了总热导率和电导率随外加磁场的变化。然后通过外推零电导率下的热导率与电导率曲线来提取晶格热导率。我们用这种方法在5 ~ 60 K温度范围内测量了Al（100）、Cu（100）和Zn（001）单晶的晶格热导率和洛伦兹数。我们的结果表明，所测量的声子热导率随温度的变化曲线在德拜温度的十分之一附近有一个峰值，并且发现Lorenz数在中间温度范围内偏离Sommerfeld值。
2017-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Experimental determination of phonon thermal conductivity and Lorenz ratio of single crystal bismuth telluride
用磁热电阻法测量了Bi $_2$ Te $_3$单晶在5 ~ 60 K的晶格热导率。在测量热导率和电阻率时，我们施加一个大的横向磁场来抑制电子热传导。然后通过将热导率对电导率曲线外推至零电导率值来计算晶格热导率。结果表明，在中温区，声子热导率服从$e^{(Δ_{min}/T)}$温度关系，Lorenz比对应于修正的Sommerfeld值.我们对Bi $_2$ Te $_3$的低温实验数据和分析是对Goldsmid [14]先前测量和Broido $\textit{et al.}$ [21]在100 - 300 K高温下的理论计算的重要补充。
2017-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Microscopic mechanism of low thermal conductivity in lead-telluride
研究了碲化铅单晶低晶格热导率的微观物理机制。模式相关的声子（正常和umklapp）散射率和它们对热导率的影响进行了量化的第一性原理为基础的非谐晶格动力学计算，准确地再现在很宽的温度范围内的热导率。PbTe的低热导率归因于具有大非谐性的横向光学声子对纵向声学声子的散射以及软横向声学声子的小群速度。这导致增强光学声子的相对贡献，光学声子通常是体材料中的次要热载体。
2012-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Modulation of Thermal Conductivity in Kinked Silicon Nanowires: Phonon Interchanging and Pinching Effects
我们进行分子动力学模拟，以研究在硅纳米线的扭结的热导率的降低。在室温下还原率可高达70%。还计算了还原的温度依赖性。通过计算声子极化矢量，发现两种机制是导致热导率降低的原因：（1）纵向声子模和横向声子模之间的相互作用;（2）扭曲和横向声子模的箍缩效应，即一种新的局域化机制.我们的工作表明，声子互换和箍缩效应，诱导扭结，是全新的和有效的方式在调制的纳米线的热传递，这使得扭结硅纳米线是一个有前途的候选热电材料。
2013-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Significant reduction of lattice thermal conductivity in suspended graphene by charge doping
降低石墨烯的晶格热导率对于其热电应用至关重要。在高电子密度系统中，电子对声子的散射不小于其他声子对声子的散射。借助第一性原理计算，我们通过诱导电子-声子散射来研究石墨烯的晶格热导率。在实验可调的载流子密度下，我们发现$\sim 50\%$降低了200 K时的晶格热导率。本研究为石墨烯的潜在热电应用开辟了新的途径。
2019-08-07 cond-mat.mtrl-sci
Implications of phonon anisotropy on thermal conductivity of fluorite oxides
本研究分析萤石氧化物中方向依赖的声子群速度与寿命，证明体热导率本质各向同性，但有限尺寸非平衡分子动力学中的边界散射等外在刺激会引发表观各向异性，并强调低对称方向的贡献。
2023-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Accurate prediction of thermal conductivity of Al2O3 at ultrahigh temperatures
针对高温下复杂晶体晶格热导率偏离传统1/T衰减趋势的问题，本研究通过考虑多类声子散射与有限温度修正，精准预测了Al₂O₃从室温到近熔点的热导率，明确了不同温度下各贡献组分的占比及相关效应的影响，还验证了Green-Kubo MD的适用性。
2023-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Controlling Thermal Conductivity of Two-dimensional Materials via Externally Induced Phonon-Electron Interaction
电子引起的声子散射，或称“声子-电子散射”，已被认为是高电子浓度材料中声子的重要散射通道，例如热电和纳米电子，即使在室温下也是如此。尽管先前对不同类型的三维（3D）块体材料中的声子-电子散射进行了大量的研究，但其对二维（2D）材料的声子输运以及因此对传热性质的影响尚未被理解。在这项工作中，我们应用从头算方法计算的声子-电子散射率在两个代表性的二维材料，硅烯和磷烯，并检查通过外部诱导的声子-电子散射静电门控制这些材料的热导率的潜力。我们还开发了一个分析模型来解释减少维数和不同的电子和声子分散体在2D上的声子-电子散射过程的影响。我们发现，超过40%的晶格热导率的减少可以实现在硅烯与诱导的电荷载流子浓度的范围内的$10^{13}~cm^{-2}$，这是实验上可以实现的。我们的研究不仅对二维材料中的声子输运产生了新的基本见解，而且为寻找具有强声子-电子散射的二维材料提供了实用的指导，以用于潜在的热开关应用。
2019-04-24 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
FourPhonon: An extension module to ShengBTE for computing four-phonon scattering rates and thermal conductivity
FourPhonon是一个计算软件包，可以计算晶体中的四声子散射率。它是建立在ShengBTE框架，这是一个公认的晶格热导率求解器的基础上玻尔兹曼输运方程。采用自适应能量展宽方法计算了四声子散射率。与ShengBTE中的$thirdorder.py$类似，我们还提供了一个单独的Python脚本$Fourthorder.py$来计算四阶原子间力常数。扩展模块保留了ShengBTE的所有优秀功能，包括良好的并行性和简单的工作流程。本文讨论了Si、BAs和$\mathrm{LiCoO_2}$的一般理论、程序设计和实例计算。
2021-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Four-phonon scattering diminishes the optical phonon contribution and isotope effect to thermal conductivity of III-V semiconductors
最近的研究表明，四声子散射在确定固体的热导率方面通常是重要的。然而，这些研究一直集中在材料的热导率$κ$是占主导地位的声学声子，和四声子散射的影响，虽然显着的，仍然是一般小于三声子散射。在这项工作中，以AlSb为例，我们证明了四声子散射是更关键的三声子散射，因为它减少了光学声子的热输运，因此显着降低材料的热导率，其中光学分支具有长的三声子寿命。同时，我们的计算表明，四声子散射可以在削弱$κ$的同位素效应方面发挥极其重要的作用。具体地说，四声子散射减少了70 $\%$和50 $\%$，分别同位素纯和自然发生的AlSb的室温$κ$。同位素纯的和天然存在的c-GaN的还原分别为约34 $\%$和27 $\%$。对于同位素纯的w-GaN，室温下的还原约为13 $\%$，400 K下的还原约为25 $\%$。这些结果为实验工作者在III-V族化合物中实现高热导率以应用于半导体工业提供了重要的指导。
2019-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Understanding the flat thermal conductivity of La2Zr2O7 at ultrahigh temperatures
本研究使用三种第一性原理方法预测La2Zr2O7热导率，发现基于温度依赖机器学习势的MD和Wigner形式体系能成功重现超高温度下平坦热导率，并量化了diffuson、声子和辐射的贡献及标度律。
2024-04-28 cond-mat.mtrl-sci
High Phonon Scattering Rates Suppress Thermal Conductivity in Hyperstoichiometric Uranium Dioxide
二氧化铀（UO $_2$）是最重要的核燃料之一，它能以间隙缺陷的形式积累过量的氧原子，从而显著影响热性能。在这项研究中，热传导和非弹性中子散射测量UO $_2$和UO $_{2+x}$（x=0.3，0.4，0.8，0.11）在低温下（2-300 K）进行。与UO $_2$相比，UO $_{2+x}$的热导率被显著抑制，除了在Néel温度TN= 30.8 K附近，其中它与x无关。声子测量表明，UO $_2$和UO $_{2+x}$的热容和声子群速度相似，UO $_{2+x}$的热导率受到抑制是由于声子散射率较高所致.这些新的见解推进了我们对先进核燃料热传输特性的基本理解。
2022-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Soft phonons and ultralow lattice thermal conductivity in the Dirac semimetal Cd3As2
最近，Cd 3As 2作为一种典型的狄拉克半金属吸引了广泛的研究兴趣，它在费米能级附近具有三维线性色散电子带。以前的研究表明，单晶Cd 3As 2具有非常低的晶格热导率，在300 K时范围为0.3 W/mK至0.7 W/mK，这归因于点缺陷。在这项工作中，我们结合第一性原理晶格动力学计算和温度依赖的高分辨率拉曼光谱的高品质单晶薄膜生长的分子束外延揭示了一组软光学声子模式的存在下，在布里渊区中心的Cd 3As 2。这些软声子模式显着增加的散射相空间的热携带的声学声子和低晶格热导率的Cd 3As 2的起源。此外，我们表明，声子-声子Umklapp散射率和软光学声子频率之间的相互作用解释了不寻常的非单调的温度依赖性的晶格热导率的Cd 3As 2。我们的研究结果进一步表明，软声子模式可能是由与狄拉克节点相关的Kohn异常引起的，类似于石墨烯和Weyl半金属中的类似但较弱的效应。
2019-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of Magnesium Telluride (MgTe) -- A first principles study
本文采用密度泛函理论和Boltzmann输运方程，研究了碲化镁（MgTe）在岩盐、锌矿、纤锌矿和镍砷（NiAs）等不同晶相下的热导率（k）。我们的第一性原理计算结果表明MgTe具有低的热导率，其热导率为kNiAs < krocksalt < kwurtzite <kzinchalt。系统地研究了横向声学（TA）、纵向声学（LA）和光学声子的群速度、声子散射率和模式贡献热导率。我们的第一性原理计算表明NiAs相的超低热导率（2.645 Wm-1 K-1）是由于TA和LA声子被低频光学声子的主要散射。我们还分析了MgTe的热导率在纳米尺度上的长度依赖性。在纳米长度尺度，如50 nm的NiAs相，小于1.4 Wm-1 K-1的室温热导率显示了MgTe的热电应用的有前途的性质。
2021-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Stone-Wales defects on the thermal conductivity of graphene
采用形变势方法研究了石墨烯中Stone-Wales（SW）缺陷引起的应变场对声子的散射问题。在玻恩近似下得到了声子-SW散射的声子平均自由程的显式表达式。平均自由程表现出特定的$q$依赖性，在低波矢下变化为$q^{-3}$，在大的$q$下取恒定值。在考虑三声子umklapp散射、SW散射和粗糙边散射的情况下，计算了石墨烯纳米带的热导率。由于SW缺陷的热导率显着下降，而在室温和以上的声子-声子umklapp散射成为主导，在低温下被发现。与空位缺陷情况的比较表明，它们在较宽的温度范围内对GNRs热导率的降低起着更重要的作用。
2015-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Phonon transport in $\mathrm{Na_2He}$ at high pressure from a first-principles study
采用第一性原理计算和线性化的声子Boltzmann方程，在单模弛豫时间近似（RTA）下，研究了高压下新近制备的$\mathrm{Na_2He}$的声子输运.计算出的室温晶格热导率为149.19 $\mathrm{W m^{-1} K^{-1}}$，这与Si的晶格热导率非常接近。结果表明，低频光模占晶格热导率的16%，而高频光模的贡献可以忽略不计。高的晶格热导率是由于大的群速度，小的Gr $\mathrm{\ddot{u}}$奈森参数，和长的声子寿命。用声子平均自由程的累积热导率来考虑晶格热导率的尺寸效应。为了显著降低晶格热导率，要求特征长度小于100 nm，可降低36%。这些结果可能有助于理解巨行星内部发生的热传输过程。
2017-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Topological effect on thermal conductivity in graphene
通过分子动力学模拟，比较了石墨烯纳米带、碳纳米管和类石墨烯条（MGS）的导热性能，研究了拓扑结构对导热性能的影响.研究发现，MGS的热导率不到石墨烯纳米带的一半。MGS获得如此低的热导率的潜在机制可以归因于增强的声子-声子散射和局域化性质，这是由Mobius带的非平凡拓扑结构引起的。此外，通过计算MGS的尺寸，较低的长度/宽度比降低了其热导率，因为声子-声子散射和局部化可能会进一步提高。
2011-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous thermal transport in metallic transition-metal nitrides originated from strong electron-phonon interactions
金属过渡金属氮化物（TMN）是一种具有广泛应用前景的导电陶瓷，其热输运特性在器件设计中具有重要意义。研究发现，金属TiN和HfN具有不同于普通金属和非金属TMN的反常热输运行为。它们具有非常大的固有声子热导率，主要是由于大的声光声子频率间隙。考虑声子-同位素散射和声子-电子散射后，声子热导率降低了两个数量级，同时也导致了声子热导率的非平凡的温度无关行为. TiN和HfN中均存在嵌套费米面，这导致了强烈的电子-声子耦合，严重损害了声子和电子的输运。声子成分在总热导率中所占的比例异常大，在300 K时TiN为29%，HfN为26%。薄膜的结果也表明，声子热导率可以有效地限制尺寸。我们的研究结果提供了对金属TMN中的热传输的深入理解，并扩展了金属热传导理论的范围。
2020-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Revisiting phonon thermal transport in two-dimensional gallium nitride: higher-order phonon-phonon and phonon-electron scattering
本研究针对二维氮化镓热导率计算的差异问题，发现有限差分法中四阶原子间力常数易高估四声子散射影响，明确四声子散射使热导率降65.6%，且高载流子浓度下声子-电子相互作用对其热导率影响可忽略。
2024-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Knudsen-Controlled Switching of Thermal Conductivity Response by Targeted Phonon Excitation
Bauman Moscow State Technical University（莫斯科国立鲍曼技术大学）；National University of Defense Technology（国防科技大学）；Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）
该研究提出了一种通过靶向声子激发实现努森数控制热导率响应切换的通用物理框架，揭示了块体与纳米薄膜体系中热导率响应的差异及规律。
2026-08-03 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
Electron Drag Effect on Thermal Conductivity in Two-dimensional Semiconductors
本文利用ab initio模拟研究二维半导体中的电子拖曳效应，发现室温下该效应可显著提高热导率，而在三维半导体中影响可忽略，并揭示了其维度差异的物理机制。
2024-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Modulating Thermal Conductivity via Targeted Phonon Excitation
本研究提出一种通过激发靶向声子调制热导率的量子策略，基于ab initio计算和分子动力学模拟，证明可将石墨烯热导率在1559至4093 W/m-K间调控，为量子热传导开辟了新途径。
2023-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Phonon transport in single-layer Mo1-xWxS2 alloy embedded with WS2 nanodomains
二维（2-D）过渡金属二硫属化合物（TMD）具有许多有趣的物理和化学性质，使其成为电子、光电和能源应用的理想材料。调节二维（2-D）材料的热导率可以扩展它们在许多这些领域中的适用性。在本文中，我们提出了一种策略，使用合金化和纳米畴抑制2-D材料的热导率。为了预测嵌入纳米畴的2-D合金的热导率，我们采用格林函数方法来评估由于合金化和纳米畴嵌入的声子散射强度。我们的第一性原理驱动的声子玻尔兹曼输运方程计算表明，单层二硫化钼的热导率可以降低到小于十分之一的本征热导率后，合金与W和引入纳米畴由于强散射的高和低频声子。并讨论了进一步降低导热系数的策略。
2016-08-19 cond-mat.mtrl-sci
First-principles phonon calculations for lattice dynamics, thermal expansion and lattice thermal conductivity of CoSi at high temperature region
本研究利用第一性原理声子理论计算了CoSi在高温区的实验热膨胀（$α(T)$）和晶格热导率（$κ_{L}$）。采用有限位移法和超原胞法计算了声子色散。$α(T)$的计算是在准调和近似下进行的。$κ_{L}$是在单模弛豫时间近似下用第一性原理非谐晶格动力学计算得到的。在温度范围$0-1300$ K内计算的$α(T)$与现有的实验数据有很好的匹配。在300 K时，计算得到的$κ_{L}$（$\sim$ 8.0 W/m-K）与实验值$\sim$ 8.3 W/m-K符合得很好。计算了由于声子-声子相互作用引起的声子寿命与温度的依赖关系，以了解$κ_{L}$的行为。目前的研究表明，基态声子色散从DFT方法得到的实验$α(T)$和$κ_{L}$给出了合理的解释。
2021-12-22 cond-mat.mtrl-sci
\textit{Ab initio} lattice thermal conductivity of MgSiO$_3$ across perovskite-postperovskite phase transition
采用声子准粒子方法，结合\textit{ab initio}分子动力学和晶格动力学模拟，研究了MgSiO $_3$后钙钛矿（MgPPv）在地球下地幔高温高压条件下的晶格热导率（$κ_{lat}$）.声子寿命从声子准粒子计算中提取，声子群速度从非谐声子色散计算，原则上捕获完整的非谐性。研究发现，在整个地幔最下部，包括D”区，MgPPv的$κ_{lat}$比MgSiO $_3$钙钛矿（MgPv）的大约25%，这主要是由于MgPPv具有较高的声子速度。两相之间声子速度的这种差异起源于MgPPv相对较小的原始细胞。系统地研究了MgPPv和MgPv的$κ_{lat}$的温度和压力依赖性。
2021-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Ultralow Lattice Thermal Conductivity in Complex Structure Cu26V2Sn6Se32 due to Interaction of Low-Frequency Acoustic-Optical Phonons
本研究揭示复杂大晶胞Cu26V2Sn6Se32因低频声学-光学声子相互作用及结构复杂性实现超低晶格热导率，并通过硫取代进一步提升热电性能。
2024-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Low thermal conductivity and triaxial phononic anisotropy of SnSe
在这项理论研究中，我们调查的硒化锡（SnSe）的热导率非常低的起源使用从头计算。我们得到的高温晶格热导率值接近那些无定形化合物。我们还发现三个晶轴之间存在很强的各向异性：其中一个面内方向比另一个更容易导热。我们的研究结果是兼容的大部分实验文献的SnSe，并从最近的一项研究报告的各向同性值显着不同。
2014-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Topological Metal of NaBi with Ultralow Lattice Thermal Conductivity and Electron-phonon Superconductivity
通过第一性原理和\emph{ab initio}紧束缚计算，我们发现化合物NaBi是一个三维非平凡拓扑金属.它的拓扑特征可以通过能带反转的存在、导出的有效Z $_2$不变量和Dirac锥存在下的非平凡表面态来证实。有趣的是，我们的计算进一步表明，NaBi表现出独特的组合性质之间的电子-声子耦合超导性与最近的实验测量和明显的各向异性，但极低的热导率很好的协议。自旋-轨道耦合效应对这些性质有很大影响。NaBi为研究金属、拓扑、超导和热导之间的关系提供了一个丰富的平台。
2014-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Using Targeted Phonon Excitation to Modulate Thermal Conductivity of Boron Nitride
本研究采用迭代玻尔兹曼输运方程和双温模型，验证了靶向声子激发可显著调控六方氮化硼的热导率，为二维材料热管理提供了新的有效手段。
2025-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Impact of Rattlers on Thermal Conductivity of a Thermoelectric Clathrate: A First-Principles Study
利用第一性原理晶格动力学方法研究了晶格振动对Ba $_{8}$ Ga $_{16}$ Ge $_{30}$晶格热导率的影响.比较声子性质的填充和空的笼形物，我们表明，摇铃造成10倍的声子的弛豫时间减少，通过增加声子-声子散射概率。相反的共振散射的情况下，在弛豫时间的减少发生在一个很宽的频率范围内，这是至关重要的解释异常低的热导率的笼形物。我们还发现，振子对声子群速度的影响是次要的，因为声子色散的平坦化只发生在有限的相空间中的布里渊区。
2015-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Low Lattice Thermal Conductivity of a Two-Dimensional Phosphorene Oxide
对声子输运机制的基本理解对于优化热电器件的效率是重要的。本文基于第一性原理密度泛函理论，通过求解声子玻尔兹曼输运方程，研究了磷烯氧化物（PO）的热输运性质。我们发现，PO表现出低得多的热导率（2.42-7.08 W/mK，在300 K）比其原始的对应物以及其他二维材料。为了理解这种低热导率的物理起源，我们仔细检查每个声子分支的热导率的贡献，通过评估各种模式依赖的量，包括Gruneisen参数，非谐三声子散射率，三声子散射过程的相空间。结果表明，PO的弹性褶皱结构导致了较小的声速; PO的破镜对称性使得ZA声子散射增加; PO中悬挂氧原子的相对自由振动引起了附加散射，导致声子寿命进一步降低.这些结果可以通过PO比磷烯具有更大的三声子过程相空间来验证。此外，我们表明，PO的热导率可以通过控制其尺寸或其声子平均自由程进行优化，这表明PO可以是一个有前途的候选低维热电器件。
2019-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity and phonon hydrodynamics in transition metal dichalcogenides from first-principles
从第一性原理出发，通过求解Boltzmann输运方程（BTE），对四种单层过渡金属二硫属化物MX $_2$（M = Mo，W; X = S，Se）的热导率进行了系统的研究.我们比较了三种不同的理论框架，以解决BTE超越弛豫时间近似（RTA），使用相同的一组内密度泛函理论（DFT）计算的原子间力常数，发现RTA严重低估MS $_2$材料的热导率。不同的声子散射弛豫时间的主要碰撞机制和相应的平均自由程（MFP）的计算允许评估预期的流体动力学行为在这种单层的热传输。这些计算表明，尽管它们的低热导率，本TMD可以表现出大的流体动力学效应，与石墨烯的流体动力学效应相当，特别是对于WSe $_2$在高温下。
2019-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Directional Phonon Suppression Function as a Tool for the Identification of Ultralow Thermal Conductivity Materials
纳米结构中的边界工程有可能极大地影响将热能直接高效转化为电能的材料的开发。特别是，半导体的纳米结构化可以导致对热传输的强烈抑制，而电导率几乎没有退化。虽然这种材料特性的组合对于热电材料是有希望的，但它在很大程度上仍未被探索。在这项工作中，我们引入了一个新的概念，定向声子抑制功能，解开边界主导的热输运前所未有的细节。使用组合的密度泛函理论和玻尔兹曼输运方程，我们计算这个数量的纳米多孔硅材料。我们首先计算的情况下与对齐的圆形孔的热导率，确认一个显着的热传输退化相对于散装。然后，通过分析在这个系统中的声子抑制的方向性的信息，我们确定了一个新的结构的矩形孔具有相同的孔隙率，使四倍减少热传输相对于圆形孔。我们的研究结果说明了定向声子抑制功能的实用性，为系统热导率最小化提供了新的途径，并可能加速下一代热电器件的工程。
2016-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Strong phonon anharmonicity and low thermal conductivity of monolayer tin oxides driven by lone-pair electrons
基于二维锡氧化物优异的电子和光电性能，采用第一性原理计算对单层SnO和SnO 2的热导率进行了系统的研究.单层SnO和SnO 2的室温热导率分别达到9.6 W/（mK）和98.8 W/（mK）。单层SnO的尺寸效应比单层SnO 2的要弱得多，这是由于单层SnO的热导率中存在尺寸相关成分和尺寸无关成分。二维锡氧化物的热导率之间的巨大差异可以归因于单层SnO的小的声子群速度和强的非谐强度。进一步的电子结构分析表明，Sn-5s孤对电子的存在是单层SnO小\k{appa}的关键因素。这些结果为基于2D锡氧化物的电子或热电器件中的热传输控制提供了指导。
2019-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Berry Curvature and Phonon Hall Effect
本文在玻恩-奥本海默近似下引入Mead-Truhlar修正，建立了磁性固体的一般声子动力学。作用在声子上的有效磁场自然出现，产生声子霍尔效应。利用修正后的Kubo公式，适当地考虑了能量磁化贡献，得到了本征声子霍尔电导的一般公式。由此产生的声子霍尔电导率完全由声子Berry曲率和色散决定。基于该公式，拓扑声子系统可以得到严格的定义。在低温区，我们预言了普通声子系统的声子霍尔电导率与$T^{3}$成正比，而拓扑声子系统的声子霍尔电导率与量子化温度系数成线性关系，即$T$与量子化温度系数成线性关系.
2012-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Single-channel or multi-channel thermal transport? Effect of higher-order anharmonic corrections on the predicted phonon thermal transport properties of semiconductors
通过考虑高阶四声子散射、声子重整化和多通道热输运，研究了8种三元金属间化合物半导体的声子热输运性质.常用的最低阶理论，只考虑三声子散射，没有声子重整化，彻底失败的考虑材料和低估的热导率高达2倍。三种化合物的热导率降低，五种化合物的热导率增加，由于四声子散射和声子硬化对预测的热导率的对比作用的高阶修正的应用。使用高阶理论，在300 K的温度下，BiCsK 2和其他三种化合物（SbCsK 2，SbRbNa 2和SbRbK 2）的最低热导率为0.31 W/m-K，通过颗粒状声子输运通道具有低于0.5 W/m-K的热导率。在所有这些超低热导率化合物中，来自波状相干输运通道的贡献低于0.05W/m-K。高阶理论是正确描述热输运物理的必要条件，而低阶理论则将热输运错误地描述为多通道输运。
2022-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Tuning Coherent-Phonon Heat Transport in LaCoO$_3$/SrTiO$_3$ Superlattices
在纳米结构的相干声子传播的制度开辟了巨大的可能性，以控制能量收集设备，声子电路等的热导率在本文中，我们表明，相干声子的贡献很大的LaCoO 3/SrTiO 3氧化物超晶格的热导率，室温。我们表明，它们的贡献可以通过超晶格周期性的小变化进行调谐，而不改变超晶格的总厚度。使用这种策略，我们在室温下将热导率调整了20%。我们还讨论了界面混合和外延弛豫作为一个外在的，材料依赖的关键参数理解氧化物超晶格的热导率的作用。
2021-11-25 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 Of Monolayer Hexagonal Boron Nitride: Four-Phonon Scattering And Quantum Sampling Effects
针对单层六方氮化硼晶格热导率研究结果差异大、核量子效应与四声子散射被忽略的问题，结合经典与路径积分分子动力学及温度相关有效势方法计算多效应下的重整化声子，揭示两类效应对热导率和声子寿命的影响，为固体晶格热导率计算提供可靠框架。
2025-06-17 cond-mat.mtrl-sci
A first-principles study on the phonon transport in layered BiCuOSe
采用第一性原理计算研究了BiCuOSe的声子输运.我们的计算再现BiCuOSe的晶格热导率。计算得到室温下的Gruneisen参数为2.4~2.6，这一较大的数值表明BiCuOSe具有很强的非谐性，这是导致其晶格热导率极低的原因。高频光学声子对总热导率的贡献大于1/3，主要由氧原子的振动贡献，与通常的高频光学声子贡献很小的情况明显不同。我们的计算表明，高群速度和低散射过程中涉及的高频光学模式的总晶格热导率有相当大的贡献。此外，我们还发现声速和体积模量沿$a$和$c$轴方向表现出很强的各向异性，从而导致BiCuOSe的热导率各向异性.
2016-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Optical conductivity of rattling phonons in type-I clathrate Ba$_8$Ga$_{16}$Ge$_{30}$
利用太赫兹时域光谱技术在BaPDMATHABMM Ga $_{16}$ Ge $_{30}$中探测到一系列红外激活光学声子.在1.15和1.80 THz处具有最低峰的电导率谱被识别为所谓的摇铃声子，即，超大十面体笼中具有$T_{1u}$对称性的客体离子Ba的光学模式$^{2+}(2)$。从这些模式的光谱的温度依赖性是完全一致的计算的基础上的一维非谐势模型，随着温度的降低，形状变得不对称尖锐与软化的重量转移到较低的频率。这些温度依赖性是由非等间距能级非简谐声子光激发的玻色因子决定的，而不考虑相互作用的影响。
2009-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Density functional theory driven phononic thermal conductivity prediction of biphenylene: A comparison with graphene
联亚苯基网络（BPN）的热输运性质是最近在实验中实现的碳原子的新型sp2杂化二维同素异形体[Fan等人，Science，372 852-856（2021）]中，使用玻尔兹曼输运方程的密度泛函理论驱动解来研究。BPN中的热传输是各向异性的，尽管两种同素异形体具有相似的sp2杂化平面结构，但获得的热导率比石墨烯低一个数量级以上。BPN的低热导率被发现源于增强的非谐性，这反过来又是BPN的晶体对称性降低的结果。
2021-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature Magnetic Thermal Switching by Suppressing Phonon-Magnon Scattering
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；University of Notre Dame（圣母大学）
研究通过抑制声子-磁子散射，在室温下实现 gadolinium 的热导率调控，揭示了铁磁材料中磁子散射对热导率的关键作用，为磁控热开关材料提供新思路。
2024-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Strain effects on phonon transport in antimonene from a first-principles study
应变工程是一种非常有效的方法来连续调谐材料的电子，拓扑，光学和热电性能。利用第一性原理计算和线性化的声子Boltzmann方程，研究了双轴应变下锑烯（Sb单层）的应变相关声子输运.结果表明，当应变小于-1\%时，锑烯的ZA色散出现虚频，表明压缩应变可引起结构失稳.在实验上，可以通过拉伸应变来增强结构稳定性。计算结果表明，在应变为-1%~6%的范围内，晶格热导率随应变的增加而增加，室温下应变为6%时的晶格热导率是应变为-1%时的5.6倍。在所考虑的应变范围内，晶格热导率与屈曲参数$h$成反比。晶格热导率的这种应变依赖性归因于增加应变引起的声子寿命增强，而群速度随着应变的增加对晶格热导率的影响减小。结果发现，声学分支占主导地位的晶格热导率在整个应变范围内。在-1\%应变下，晶格热导率在声子平均自由程（MFP）为50 nm时达到最大值，而在6\%应变下，晶格热导率达到44 $\mathrm{μm}$，表明应变对锑烯的晶格热导率有很强的尺寸效应.这些结果可以为锑烯的制备技术提供指导，并为热管理和热电应用提供通过尺寸和应变调节晶格热导率的观点。
2017-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Ultra-low lattice thermal conductivity of MgPb$_2$Te -- A first principles study
热电技术是一种将废热转化为电能的有效利用能源的替代方法。热电材料要求材料具有较低的热导率，以提高其热电性能。本文通过第一性原理计算求解玻尔兹曼输运方程，得到了纯MgPb $_2$ Te在c轴和a轴方向的超低室温热导率分别为2.08 Wm $^{-1}$ K $^{-1}$和2.9 Wm $^{-1}$ K $^{-1}$.为了解释这种超低热导率，我们分析了弹性常数，声子群速度，声子-声子散射和横向声学，纵向声学和光学声子分支的贡献。我们还报道了MgPb $_2$ Te纳米结构的热导率。在50 nm处，MgPb $_2$ Te的室温热导率沿c轴和a轴分别为0.957 Wm $^{-1}$ K $^{-1}$和1.459 Wm $^{-1}$ K $^{-1}$. MgPb $_2$ Te的超低热导率表明其在热电应用中具有广阔的应用前景。
2021-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Unravelling Ultralow Thermal Conductivity in Double Perovskite Cs2AgBiBr6: Dominant Wave-like Phonon Tunnelling, Strong Quartic Anharmonicity and Lattice Instability
本研究从第一性原理揭示Cs2AgBiBr6超低热导率源于强非谐性及类波声子隧穿，并指出四声子散射对隧穿主导性的关键作用。
2023-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Thermal Conductivity and Phonon Transport in Suspended Few-Layer Hexagonal Boron Nitride
采用内置电阻温度计的微桥装置测量了悬浮多层六方氮化硼（h-BN）的热导率。基于测量的11-12原子层h-BN样品的热阻值，悬浮长度在3和7.5 μ m之间，发现11层样品的室温热导率约为360 Wm-1 K-1，接近报告的体h-BN的基面值。发现样品表面上聚合物残留层的存在使5层h-BN样品的热导率在300 K下降低至约250 Wm-1 K-1。5层和11层样品的热导率在低温下被抑制，这表明在薄的h-BN样品中的低频声子的散射由聚合物残留物增加。
2013-02-07 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
First principles study of thermal conductivity of In$_2$O$_3$ in relation to Al$_2$O$_3$, Ga$_2$O$_3$, and KTaO$_3$
我用第一性原理计算了$β$ -In $_2$ O $_3$的热导率，并与$α$ -Al $_2$ O $_3$，$β$ -Ga $_2$ O $_3$，KTaO $_3$的结果进行了比较.计算得到的$β$ -In $_2$ O $_3$的热导率与最近的实验数据吻合得很好，实验发现该材料的低温热导率可达1000 W/mK以上。我发现在所有温度下计算的$β$ -Ga $_2$ O $_3$的热导率都大于$β$ -In $_2$ O $_3$的热导率，这意味着$β$ -Ga $_2$ O $_3$在低温下也应该表现出高的热导率值.忽略低频模声子软化随温度变化的情况，计算得到的KTaO $_3$的热导率与$β$ $_2$ O $_3$的热导率在高温下的数值相近.然而，计算的KTaO $_3$的热导率在低温下不像二元化合物那样急剧增加，这导致KTaO $_3$具有最低的低温热导率，尽管其具有大于$β$ $_2$ O $_3$和$β$ $_2$ O $_3$的声学声子速度。我认为这是因为KTaO $_3$中低频的声学声子速度分布不均匀，因为它的声学声子分支比二元氧化物更分散，这导致即使在正常的声子-声子散射过程中也会增加动量损失。我还计算热扩散率使用理论上获得的热导率和热容，发现所有四种材料在高温下表现出预期的$T^{-1}$行为。此外，计算出的平均声子散射时间与普朗克时间的比值大于在许多其他…
2021-01-07 cond-mat.mtrl-sci
