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Dynamical behavior of heat conduction in solid argon

固体アルゴンの熱伝導における動的性質

蕪木 英雄; Li, J.*; Sidney, Y.*; 君塚 肇*

Kaburaki, Hideo; Li, J.*; Sidney, Y.*; Kimizuka, Hajime*

固体から液体アルゴンにおける熱伝導機構を、グリーン-久保公式と分子動力学法を用いて調べた。アルゴン結晶の熱伝導率の温度依存性はレナード・ジョーンズポテンシャルで予測でき、それは実験結果ともよく一致していることがわかったが、熱伝導の動的性質や現象論的方法による熱伝導計算との関係についてはよくわかっていない。動的性質を調べるためには熱流束の自己相関関数からフーリエ変換によりパワースペクトルを導出することが必要であるが、われわれが今まで行ってきた計算は粒子数,計算時間が足りないため全スペクトル領域についての知見は得られなかった。そのため、粒子数4000個,計算ステップ数10$$^{8}$$の大規模シミュレーションを実施した。これにより、低周波でのランダムな振動,中間周波数,低温における共鳴現象,高周波数の単一粒子運動等を捉えることに成功した。

Thermal conduction carriers in solid to liquid argon have been evaluated using molecular dynamics simulations with the Green-Kubo formula. The temperature dependence of thermal conductivity for argon crystal was well predicted by this formalism with the Lennard-Jones potential, and the results agreed well with experiment. Also, the relaxation of the heatflux autocorrelation function is shown to consist of two components, however, its dynamical structure of relaxation is not precisely known. The previous result is not accurate due to the insufficient ensembles. Therefore, we have performed the longer time simulations of 10$$^{8}$$ steps for a system of 4000 argon atoms at temperatures from $$10K$$ to $$90K$$. With this spectrum, we have found the low-frequency random white flat region, the resonance peak at the intermediate region at low temperatures, and high-frequency single particle motions.

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