Heat Transport in One-dimensional Dimer Chain

Abstract

Явище перенесення тепла через одновимірний димерний ланцюг є важливим для розвитку нового покоління дрібномасштабних теплових приладів. Теплопровідність в одновимірній дво-компонентній структурі (подібної до димеру) вивчається за допомогою моделювання нерівноважної молекулярної динаміки. У цьому дослідженні розглядаються такі димери як AB….BA та BA….AB. В структурі ми взяли усього 11 шарів, і кожен шар має 20 осциляторів. Загальна кількість осциляторів цілого ланцюга становить N = 220. Крайні кінці димерного ланцюга з'єднані з тепловою ванною Ланжевена, щоб підтримувати постійну температуру на обох кінцях. Потенціал FPU-β використовується для обчислення міжмолекулярного потенціалу з β = 1. Температурний профіль, тепловий потік і теплопровідність вивчаються як функції маси осцилятора MB (0,1; 0,2 … 0,8; 0,9) у шарі B. Маса кожного осцилятора у шарі А зберігається постійною і рівною MA = 1.0, де MB < MA. Градієнт температури та термічний опір на кожному інтерфейсі розраховуються для обох димерних структур. Збільшення маси осцилятора шару В призводить до збільшення теплового потоку та теплопровідності структур. Виявлено, що ABABABABABA є більш теплопровідною структурою, ніж структура BABABABABAB. Таким чином, димер ABABABABABA є кращим теплопровідником, тоді як димер BABABABABAB є кращим термоелектричним матеріалом.

The thermal transport phenomenon through one-dimensional dimer chain is important for the development of a new generation of small-scale thermal devices. The heat conduction in one-dimensional two component (dimer like) structures is studied using Non Equilibrium Molecular Dynamics Simulation (NEMDS). The dimers like AB …. BA and BA …. AB are considered in the present study. We have taken total 11 layers in the structure and the each layer has 20 oscillators in it. The number of total oscillators of the whole chain is N = 220. The extreme ends of the dimer chains are connected with Langevin heat bath to keep constant temperature on both ends. The FPU-β potential is used to calculate the intermolecular potential with β = 1. The temperature profile, heat flux and thermal conductivity are studied as functions of mass of an oscillator MB (0.1, 0.2 … 0.8, 0.9) in layer B. The mass of each oscillator in layer A is kept constant as MA = 1.0, where MB < MA. The temperature gradient and interface thermal resistance at each interface are calculated for both dimer structures. The increase in mass of an oscillator of layer B leads to an increase in heat flux and thermal conductivity of the structures. It is observed that the ABABABABABA structure is more heat conductive structure than the BABABABABAB structure. Thus, ABABABABABA dimer is better thermal conductor while BABABABABAB dimer is better thermoelectric material.