《非平衡系統的漲落與能量輸運關係研究》是依託揚州大學，由王健擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：非平衡系統的漲落與能量輸運關係研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王健
- 依託單位：揚州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
近年來遠離平衡態統計物理在小體系中取得一些重要的理論和實驗進展,如Jarzynski等式和廣義漲落定理。同時低維系統熱輸運的實驗和理論進展讓人們認識到從熱力學和非平衡統計物理角度來研究微觀尺度熱輸運重要性，也使的該方向研究成為非平衡統計物理重要前沿熱點之一。本申請建議從遠離非平衡的統計物理角度，利用數值模擬和理論解析的方法研究微尺度體系中熱流統計漲落特徵與能量輸運的關係，認識Fourier定律微觀動力學特徵，達到對低維微小體系中能量輸運特點及其經典與量子統計性質掌握；進而在更廣層面上增加對非平衡統計物理的廣義漲落性質和微觀輸運動力學之間關係的理解。建議的課題具有對微尺度體系熱輸運和非平衡統計物理的兩方面認識的雙重重要意義。申請人及其團隊長期從事該課題方向研究，具有良好前期工作基礎，已經發表多篇主流國際核心刊物論文並被國際同行認可和引用，具備完成申請建議課題的條件，期望能夠得到基金資助。
結題摘要
伴隨著器件的加工不斷走向納米尺度，低維系統中非平衡熱輸運的研究正不斷成為基礎和套用研究共同的研究熱點之一。在基金的資助下，依據項目計畫書，以低維系統微觀熱輸運為研究對象，主要開展了如下幾個方面的研究： 1)研究了低維系統結構拓撲缺陷所引起的局域振動態密度漲落與熱輸運之間的關係，提出了通過局域振動態密度空間漲落調控低維系統中熱輸運的方法。利用量子非平衡格林函式局域振動態密度公式計算了局域振動態密度，發現在結構拓撲缺陷附近局域振動態度具有較大的漲落，由於這些局域振動態密度漲落的散射，準一維系統中的熱量輸運受到強烈的抑制。該散射過程可以無規相近似的瑞利散射所描述。計算結果表明這種散射對具體的結構拓撲缺陷不敏感，因而我們提出了在低維系統中可以通過控制局域振動態密度漲落來調控熱流的輸運。 2)研究了二維系統中熱導與溫度之間的低溫下標度依賴關係，明確了該標度關係是由二維平方項的色散關係所引起的。傳統的自由聲子氣體模型一般認為二維體系在低溫下熱導與溫度之間是平方關係。然而，對於實際二維系統由於聲子滿足一定的色散關係，在低溫下熱導與溫度之間的標度關係以及對於熱導起主要貢獻的聲子模不是很明確。此外，對於低維系統當體系的維數從一維轉變為二維是熱導的溫度依賴呈現出何種變化也是低維系統熱導不清楚的問題。我們發現隨著體系的幾何維數從一維到二維轉變，熱導和溫度的依賴關係呈現出維數的過渡行為。進一步分析表明這種熱導與溫度標度依賴隨體系維數增加而出現的過渡變換是由於平方色散關係的聲子模所引起。 3)利用分子動力學模擬的方法研究二維熱量反常輸運與振動態密度，熱流關聯以及漲落之間的關係。在經典體系的熱輸運分子動力學模擬方面，我們利用分子動力學的方法模擬了低維系統維度從一維到二維轉變過程中熱導率與尺度依賴關係的過渡行為，觀察到系統的熱導率與尺度之間的標度關係隨著維度的增加呈現出從冪率分布到對數分布的過渡行為。 研究結果從微觀揭示了低維系統非平衡熱輸運的重要特徵，提出了通過局域振動態密度空間漲落調控低維系統中熱輸運的方法，為微觀控制熱流提供了可能的思路和方法。已有部分研究結果在Applied Physics Letter和J. Physics of Condensed Matter發表，我們將繼續基金資助的後續研究和發表的論文中繼續標註基金資助，感謝基金資助。
