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Dynamical properties of lattice thermal conduction

格子熱伝導の動的特性

蕪木 英雄; Li, J.*; Yip, S.*; 君塚 肇*

Kaburaki, Hideo; Li, J.*; Yip, S.*; Kimizuka, Hajime*

グリーン・久保公式を用いて平衡分子動力学法によりレナード・ジョーンズ(アルゴン)系の熱伝導率を導出し、熱流束の相関関数を解析することによる熱伝導の動的特性を明らかにした。この結果は、従来のパイエルスによるフォノンボルツマンの手法では取り扱えないものである。低温において相関関数は2つの緩和過程から構成されており、われわれは短時間の緩和を局所的な単一粒子運動によるもの、長時間の緩和を原子の集団運動によるものと解釈した。この短時間の緩和は、2つの極限状態である液体状態と調和系を考えることによりよく特徴づけられることを示した。最終的に、単一粒子拡散運動は、高温状態における液体状態の原子運動とあまり違わないこと、また、低温では調和近似極限におけるランダムな運動に近づくことを示した。

Thermal conductivity of the Lennard-Jones (LJ) argon system has been derived by the equilibrium molecular dynamics method with the Green-Kubo formalism, and dynamical aspects of thermal conduction have been studied by analyzing the heat flux autocorrelation function, in contrast to the conventional Peierls phonon Boltzmann concept. At low temperatures the correlation function shows a characteristic two-stage decay, and we attribute a short-time relaxation to single-particle motions in a local environment and an extended relaxation to collective atomic motions. The short-time relaxation process is best characterized by calculating the two extreme cases, the liquid state and the harmonic system. We conclude that single particle diffusive motions are not very different from liquid to solid in the high temperature region and approaches to a random state in the low temperature and harmonic limit.

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