Аннотация результатов, полученных в 2023 году
1. Определены пространственно-временные пределы применимости гармонической теории фононного переноса тепла в баллистическом режиме. При различных коэффициентах нелинейности исследовано затухание синусоидального теплового профиля в одномерном гармоническом кристалле с взаимодействиями Леннард-Джонса. Показано, что с увеличением числа частиц характер затухания синусоидального поля можно описать с меньшей погрешностью в гармоническом приближении. 2. Исследованы влияние слабой нелинейности межчастичных взаимодействий на фононный перенос тепла в одномерном Леннард-Джонсовском кристалле и затухание синусоидального профиля в нелинейной цепочке и проведено сравнение с описанием того же процесса в гармоническом приближении. Те же результаты получены для одних и тех же систем при разном количестве частиц, в итоге была выявлена зависимость между количеством частиц и точностью расчета (как и в линейной модели). 3. Исследовано влияние разрыва межатомных связей на фононный перенос тепла в одномерном Леннард-Джонсовском кристалле. Диффузионный перенос тепловой энергии исследован в одномерном кристалле с взаимодействиями Леннард-Джонса при наличии разрывов связи. Показана аналогия описания вышеуказанного процесса с моделью газа с барьерами. Приведены случаи, когда перенос тепловой энергии является диффузионным по аналогии с переносом массы. Показано, что распространение начального возмущения в обеих моделях осуществляется пропорционально квадратного корню от времени. 4. Разработан метод перехода от описания фононного переноса тепла с помощью динамики решетки к кинетическому описанию для одномерных кристаллов. С использованием аналитических и численных методов найден диодный коэффициент для системы, состоящей из двух полубесконечных цепочек на упругом основании при разных типах начального распределении энергии по волновым числам. Проведён анализ эффекта теплового диода для интерфейса двух гармонических цепочек на упругом основании на основе найденного коэффициента теплового диода. 5. Определены условия сохранения глобального потока энергии в одномерном кристалле на упругом основании. Исследовано влияние распределения энергии по волновым числам на диодный эффект в гармонических ассиметричных системах и показано, как этот эффект может быть максимизирован. Дано физическое объяснение эффекта теплового диода, базирующееся на потоках энергии. 6. Проведено молекулярно-динамическое исследование механизмов переноса энергии в композите металл-графен, архитектура которого оказывает значительное воздействие на передачу тепла. В случае бесконечных слоев графена тепло передается через оба компонента. Если слой графена ограничен по размеру, он не участвует в передаче тепла и действует как дефект, вызывая рассеивание фононов. 7. С помощью валидации аналитических результатов, полученных кинетической теорией, с результатами, полученными численным моделированием показано, что уравнения баллистического переноса тепла в одномерных кристаллах идентичны уравнениям переноса массы при одномерном течении идеального газа. Показано, что изменение глобального потока энергии с точностью может быть описано кинетической теорией на малых временах, но на больших временах описание претерпевает отклонение от кинетической теории. 8. Для модели метаматериала «масса в массе» рассмотрено поведение изгибных волн. Методами молекулярной динамики проведено исследование механизмов переноса энергии в метаматериале в режиме сильно нелинейной сверхтрансмиссии. Проведён анализ дисперсионных кривых, соответствующих дискретной и континуализованной моделям. 9. Показано, что воздействие температуры на динамику дефектов в кристаллической решетке зависит от размеров дефектов и соответствующих полей внутренних напряжений. Размеры дефектов и их влияние на динамику обратно пропорциональны температуре.