一维高阶非线性晶格链中的负微分热阻

2021-04-23焦苏苹姜腾飞左春华

齐鲁工业大学学报 2021年2期

焦苏苹,杜璁,姜腾飞,左春华,胡涛

齐鲁工业大学(山东省科学院) 电子信息工程学院(大学物理教学部),济南 250353

最近二十年,低维体系中的热输运研究一直受到人们的广泛关注。特别是随着纳米材料和纳米制备技术的快速发展,许多低维材料展现出良好的热性能,但是关于低维热输运的理论尚未完全建立。研究表明,在低维体系中,由于非线性作用的影响,一些体系中存在负微分热阻效应[1-4]。负微分热阻表现为:当体系两端存在温差时,通过体系的稳态热流会随着温差的增加而减小。相反,如果通过体系的稳态热流随着温差的增加而增大,则体系具有正微分热阻。负微分热阻效应是设计热晶体管[5]、热逻辑器件[6]的必要条件,这些热器件可以实现对微纳热流的控制。Yang等[1]提出了具有质量梯度的一维FPU-β晶格模型,并计算研究了体系中的热传导性质,结果显示,当轻粒子端温度高,重粒子端温度低时,体系中出现了负微分热阻效应。一维质量梯度FPU-β模型实际上只考虑了粒子间的四次非线性相互作用。我们注意到,高阶非线性相互作用往往会令晶格体系表现出更丰富的动力学行为,如孤立波、呼吸子[7-8],这些非线性激发在一定程度上会对热载流子(声子)产生作用,从而影响其热输运行为。

本文利用非平衡分子动力学模拟的方法研究了当粒子间具有六次非线性作用时,一维质量梯度晶格中的热传导及负微分热阻性质。