MD Investigations of of Heat Flow throw Interfaces in 1D Systems

Abstract

Molecular dynamic calculations (MD) of heterogeneous 1D periodical systems are presented. It is proposed the new technique of direct calculations of thermal conductivity, where there is only one thermostat in one piece of unit cell as well as another piece where artificial friction forces act on atoms. With the help of this scheme, calculations of 1D heterogeneous systems having regions with atoms of different atomic masses are presented. It is shown that the difference in atomic masses in adjacent regions of the systems leads to a significant temperature jump at interfaces between these regions. This temperature jump exists independently of the mass ratio on both sides of the interface.The reasons for these jumps are discussed. It is also shown that, by changing the alternation of regions with different masses of atoms, it is possible to reduce the total thermal conductivity of the system by several times. On the base of these results, we can hope that for three-dimensional structures also, the thermal conductivity can be significantly reduced

Представлены молекулярно-динамические расчеты (МД) гетерогенных одномерных периодических систем. Предлагается новая методика прямых расчетов теплопроводности, при которой в одном элементе элементарной ячейки находится только один термостат, а в другом элементе действуют силы искусственного трения на атомы. С помощью этой схемы представлены расчеты одномерных гетерогенных систем, имеющих области с атомами разной атомной массы. Показано, что различие атомных масс в соседних областях систем приводит к значительному скачку температуры на границах раздела между этими областями. Этот скачок температуры существует независимо от отношения масс по обе стороны от границы раздела. Обсуждаются причины этих скачков. Также показано, что, изменяя чередование областей с разной массой атомов, можно в несколько раз уменьшить общую теплопроводность системы. На основании этих результатов можно надеяться, что и для трехмерных структур теплопроводность может быть значительно снижена