搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

固体氩的晶格热导率的非简谐晶格动力学计算

鲍华

引用本文:
Citation:

固体氩的晶格热导率的非简谐晶格动力学计算

鲍华

Prediction of lattice thermal conductivity of solid argon from anharmonic lattice dynamics method

Bao Hua
PDF
导出引用
  • 用一种非简谐晶格动力学方法, 使用相互作用势作为惟一的输入参数, 准确地计算了固体氩的各个声子的频率和弛豫时间. 并将这些结果进一步和玻尔兹曼输运方程相结合, 预测了固体氩从10 K 到80 K 区间的热导率, 并得到了与实验值非常符合的结果. 分析了运用非简谐晶格动力学方法进行数值计算过程中的各个相关的计算参数, 包括布里渊区中倒格子矢量的选取, δ 函数的展宽的选择等对热导率和声子弛豫时间预测结果的影响. 通过对各个声子模式对热导率贡献的分析, 发现随着温度升高, 高频声子对于热导率的贡献率也逐渐变大, 结果和理论预测完全一致.
    Anharmonic lattice dynamics method is employed to investigate the phonon frequency and relaxation time without any fitting parameters. The phonon relaxation time is used in Boltzmann transport equation to predict the lattice thermal conductivity of solid argon between 10 K and 80 K, and the results agree very well with experimental data. The effects of calculation parameters on the prediction accuracy are also analyzed, including mesh size of the reciprocal lattice points, and the broadening factor of delta function. The contribution of each individual phonon mode to the thermal conductivity is investigated. It is found that higher frequency phonons contribute more to the thermal conductivity at higher temperature, which is consistent with previous theoretical results.
    [1]

    Huang K, Han R Q 1988 Solid State Physics (Beijing: Higher Education Press) p78 (in Chinese) [黄昆, 韩汝琦 1988 固体物理学 (北京: 高等教育出版社) 第78页]

    [2]

    Wu G Q, Kong X R, Sun Z W, Wang Y H 2006 Acta Phys. Sin. 55 1 (in Chinese) [吴国强, 孔宪仁, 孙兆伟, 王亚辉 2006 物理学报 55 1]

    [3]

    Hou Q W, Cao B Y, Guo Z Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 7809 (in Chinese) [侯泉文, 曹炳阳, 过增元 2009 物理学报 58 7809]

    [4]

    Huang C L, Feng Y H, Zhang X X, Wang G, Li J 2011 Acta Phys. Sin. 60 114401 (in Chinese) [黄丛亮, 冯妍卉, 张欣欣, 王戈, 李静 2011 物理学报 60 114401]

    [5]

    Martin R M 2004 Electronic Structure (Cambridge: Cambridge University Press) p373

    [6]

    Esfarjani K, Chen G 2011 Phys. Rev. B 84 085204

    [7]

    Broido D A, Malony M, Birner G, Mingo N, Stewart D A 2007 Appl. Phys. Lett. 91 231922

    [8]

    Turney J E, Landry E S, McGaughey A J H, Amon C H 2009 Phys. Rev. B 79 064301

    [9]

    Curtarolo S, Hart G L W, Nardelli M B, Mingo N, Sanvito S, Levy O 2013 Nat. Mater. 12 191

    [10]

    Sun C Z, Lu W Q, Bai B F, Liu J 2012 J. Engin. Thermophys. 33 1908 (in Chinese) [孙成珍, 卢文强, 白博峰, 刘捷 2012 工程热物理学报 33 1908]

    [11]

    Wang S A C, Liang X G 2010 Int. J. Thermophys. 31 1935

    [12]

    McGaughey A J H, Kaviany M 2004 Int. J. Heat and Mass Transfer 47 1783

    [13]

    Chen Y F, Li D Y, Lukes J R, Majumdar A 2004 J. Chem. Phys. 20 3841

    [14]

    Bao H, Ruan X L, Kaviany M 2008 Phys. Rev. B 78 125417

    [15]

    Qiu B, Bao H, Zhang G Q, Wu Y, Ruan X L 2012 Comput. Mater. Sci. 53 278

    [16]

    Kaviany M 2008 Heat Transfer Physics (Cambridge: Cambridge University Press) p175

    [17]

    Bao H, Qiu B, Zhang Y, Ruan X L 2012 J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer 113 1683

    [18]

    Turney J E 2009 Ph. D. Dissertation (Pittsburgh, Pennsylvania: Carnegie Mellon University)

    [19]

    Christen D K, Pollack G L 1975 Phys. Rev. B 12 3380

  • [1]

    Huang K, Han R Q 1988 Solid State Physics (Beijing: Higher Education Press) p78 (in Chinese) [黄昆, 韩汝琦 1988 固体物理学 (北京: 高等教育出版社) 第78页]

    [2]

    Wu G Q, Kong X R, Sun Z W, Wang Y H 2006 Acta Phys. Sin. 55 1 (in Chinese) [吴国强, 孔宪仁, 孙兆伟, 王亚辉 2006 物理学报 55 1]

    [3]

    Hou Q W, Cao B Y, Guo Z Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 7809 (in Chinese) [侯泉文, 曹炳阳, 过增元 2009 物理学报 58 7809]

    [4]

    Huang C L, Feng Y H, Zhang X X, Wang G, Li J 2011 Acta Phys. Sin. 60 114401 (in Chinese) [黄丛亮, 冯妍卉, 张欣欣, 王戈, 李静 2011 物理学报 60 114401]

    [5]

    Martin R M 2004 Electronic Structure (Cambridge: Cambridge University Press) p373

    [6]

    Esfarjani K, Chen G 2011 Phys. Rev. B 84 085204

    [7]

    Broido D A, Malony M, Birner G, Mingo N, Stewart D A 2007 Appl. Phys. Lett. 91 231922

    [8]

    Turney J E, Landry E S, McGaughey A J H, Amon C H 2009 Phys. Rev. B 79 064301

    [9]

    Curtarolo S, Hart G L W, Nardelli M B, Mingo N, Sanvito S, Levy O 2013 Nat. Mater. 12 191

    [10]

    Sun C Z, Lu W Q, Bai B F, Liu J 2012 J. Engin. Thermophys. 33 1908 (in Chinese) [孙成珍, 卢文强, 白博峰, 刘捷 2012 工程热物理学报 33 1908]

    [11]

    Wang S A C, Liang X G 2010 Int. J. Thermophys. 31 1935

    [12]

    McGaughey A J H, Kaviany M 2004 Int. J. Heat and Mass Transfer 47 1783

    [13]

    Chen Y F, Li D Y, Lukes J R, Majumdar A 2004 J. Chem. Phys. 20 3841

    [14]

    Bao H, Ruan X L, Kaviany M 2008 Phys. Rev. B 78 125417

    [15]

    Qiu B, Bao H, Zhang G Q, Wu Y, Ruan X L 2012 Comput. Mater. Sci. 53 278

    [16]

    Kaviany M 2008 Heat Transfer Physics (Cambridge: Cambridge University Press) p175

    [17]

    Bao H, Qiu B, Zhang Y, Ruan X L 2012 J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer 113 1683

    [18]

    Turney J E 2009 Ph. D. Dissertation (Pittsburgh, Pennsylvania: Carnegie Mellon University)

    [19]

    Christen D K, Pollack G L 1975 Phys. Rev. B 12 3380

  • [1] 刘英光, 薛新强, 张静文, 任国梁. 基于界面原子混合的材料导热性能. 物理学报, 2022, 71(9): 093102. doi: 10.7498/aps.71.20211451
    [2] 刘英光, 郝将帅, 任国梁, 张静文. 不同周期结构硅锗超晶格导热性能研究. 物理学报, 2021, 70(7): 073101. doi: 10.7498/aps.70.20201789
    [3] 徐文雪, 梁新刚, 徐向华, 祝渊. 交联对硅橡胶热导率影响的分子动力学模拟. 物理学报, 2020, 69(19): 196601. doi: 10.7498/aps.69.20200737
    [4] 王子, 张丹妹, 任捷. 声子系统中弹性波与热输运的拓扑与非互易现象. 物理学报, 2019, 68(22): 220302. doi: 10.7498/aps.68.20191463
    [5] 黄诗浩, 谢文明, 汪涵聪, 林光杨, 王佳琪, 黄巍, 李成. 双能谷效应对N型掺杂Si基Ge材料载流子晶格散射的影响. 物理学报, 2018, 67(4): 040501. doi: 10.7498/aps.67.20171413
    [6] 张程宾, 程启坤, 陈永平. 分形结构纳米复合材料热导率的分子动力学模拟研究. 物理学报, 2014, 63(23): 236601. doi: 10.7498/aps.63.236601
    [7] 郑伯昱, 董慧龙, 陈非凡. 基于量子修正的石墨烯纳米带热导率分子动力学表征方法. 物理学报, 2014, 63(7): 076501. doi: 10.7498/aps.63.076501
    [8] 惠治鑫, 贺鹏飞, 戴瑛, 吴艾辉. 硅功能化石墨烯热导率的分子动力学模拟. 物理学报, 2014, 63(7): 074401. doi: 10.7498/aps.63.074401
    [9] 周青春, 狄尊燕. 声子对隧穿量子点分子辐射场系统量子相位的影响. 物理学报, 2013, 62(13): 134206. doi: 10.7498/aps.62.134206
    [10] 杨平, 王晓亮, 李培, 王欢, 张立强, 谢方伟. 氮掺杂和空位对石墨烯纳米带热导率影响的分子动力学模拟. 物理学报, 2012, 61(7): 076501. doi: 10.7498/aps.61.076501
    [11] 杨平, 吴勇胜, 许海锋, 许鲜欣, 张立强, 李培. TiO2/ZnO纳米薄膜界面热导率的分子动力学模拟. 物理学报, 2011, 60(6): 066601. doi: 10.7498/aps.60.066601
    [12] 邓艳平, 吕彬彬, 田强. 非对称方势阱中的激子及其与声子的相互作用. 物理学报, 2010, 59(7): 4961-4966. doi: 10.7498/aps.59.4961
    [13] 高当丽, 张翔宇, 张正龙, 徐良敏, 雷瑜, 郑海荣. 调控声子提高Tm3+掺杂体系的频率上转换荧光. 物理学报, 2009, 58(9): 6108-6112. doi: 10.7498/aps.58.6108
    [14] 丁凌云, 龚中良, 黄平. 声子摩擦能量耗散机理研究. 物理学报, 2009, 58(12): 8522-8528. doi: 10.7498/aps.58.8522
    [15] 李世彬, 吴志明, 袁 凯, 廖乃镘, 李 伟, 蒋亚东. 氢化非晶硅薄膜的热导率研究. 物理学报, 2008, 57(5): 3126-3131. doi: 10.7498/aps.57.3126
    [16] 夏志林, 范正修, 邵建达. 激光作用下薄膜中的电子-声子散射速率. 物理学报, 2006, 55(6): 3007-3012. doi: 10.7498/aps.55.3007
    [17] 姚 鸣, 朱卡的, 袁晓忠, 蒋逸文, 吴卓杰. 声子辅助的电磁感应透明和超慢光效应的研究. 物理学报, 2006, 55(4): 1769-1773. doi: 10.7498/aps.55.1769
    [18] 吴国强, 孔宪仁, 孙兆伟, 王亚辉. 氩晶体薄膜法向热导率的分子动力学模拟. 物理学报, 2006, 55(1): 1-5. doi: 10.7498/aps.55.1
    [19] 吴延昭, 于 平, 王玉芳, 金庆华, 丁大同, 蓝国祥. 非共振条件下单壁碳纳米管拉曼散射强度的计算. 物理学报, 2005, 54(11): 5262-5268. doi: 10.7498/aps.54.5262
    [20] 徐 权, 田 强. 一维分子链中激子与声子的相互作用和呼吸子解 . 物理学报, 2004, 53(9): 2811-2815. doi: 10.7498/aps.53.2811
计量
  • 文章访问数:  4465
  • PDF下载量:  1138
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2013-04-15
  • 修回日期:  2013-06-03
  • 刊出日期:  2013-09-05

固体氩的晶格热导率的非简谐晶格动力学计算

  • 1. 上海交通大学密西根学院, 上海 200240

摘要: 用一种非简谐晶格动力学方法, 使用相互作用势作为惟一的输入参数, 准确地计算了固体氩的各个声子的频率和弛豫时间. 并将这些结果进一步和玻尔兹曼输运方程相结合, 预测了固体氩从10 K 到80 K 区间的热导率, 并得到了与实验值非常符合的结果. 分析了运用非简谐晶格动力学方法进行数值计算过程中的各个相关的计算参数, 包括布里渊区中倒格子矢量的选取, δ 函数的展宽的选择等对热导率和声子弛豫时间预测结果的影响. 通过对各个声子模式对热导率贡献的分析, 发现随着温度升高, 高频声子对于热导率的贡献率也逐渐变大, 结果和理论预测完全一致.

English Abstract

参考文献 (19)

目录

    /

    返回文章
    返回