研究目的
系统研究体硅在随机分布的间隙缺陷（Si、Ge、C和Li）存在下热输运与电荷输运特性的变化规律，并建立缺陷结构与输运特性的关联关系，以应用于热电和电子器件。
研究成果
间隙缺陷显著降低了块体硅的热导率，其中锂和锗间隙原子的影响最为显著。六方间隙原子对电子输运的影响极小，可使锗间隙原子的热电优值（ZT）最高提升17倍。该研究为设计基于硅的材料提供了加工-结构-输运性能图谱，以优化其在热电和电子等应用中的性能。
研究不足
该研究采用小尺寸DFT超胞（65个原子），可能无法完全捕捉随机缺陷分布；电子弛豫时间基于体硅数据估算，并假设与缺陷类型和对称性无关——这一假设未必成立；电子输运计算中采用的恒定弛豫时间近似属于简化处理；且研究仅关注中性间隙原子，未考虑可能影响材料特性的带电态。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用第一性原理密度泛函理论（DFT）、原子尺度晶格动力学、平衡分子动力学（EMD）和非平衡分子动力学（NEMD）来研究热学与电子输运性质。DFT用于电子结构计算，而分子动力学模拟（EMD和NEMD）则借助经验势函数（硅、锗、碳用Tersoff势，锂用2NN MEAM势）进行热输运分析。
2：样本选择与数据来源：
构建了含间隙缺陷（硅、锗、碳、锂）的体硅超胞模型，缺陷浓度分别为0.1%、0.5%和1.56%。DFT超胞包含64个硅原子和1个间隙原子（1.56%浓度），MD超胞原子数范围为4096至262144个。
3：1%、5%和56%。DFT超胞包含64个硅原子和1个间隙原子（56%浓度），MD超胞原子数范围为4096至262144个。 实验设备与材料清单：
3. 实验设备与材料清单：计算工具包括用于分子动力学模拟的LAMMPS、用于DFT计算的Quantum Espresso以及用于电子输运系数的BoltzTraP。经验势函数：硅、锗、碳相互作用采用Tersoff势，锂相互作用采用2NN MEAM势。
4：实验流程与操作步骤：
热输运方面，EMD模拟采用Green-Kubo方法计算热导率，体系在300K下达到平衡；NEMD模拟用于计算声子透射函数和平均自由程。电子输运方面，通过DFT计算获得能带结构，并采用半经典玻尔兹曼输运理论结合恒定弛豫时间近似计算输运系数。
5：数据分析方法：
热导率取多个构型与方向的平均值。声子性质（态密度、群速度、透射函数）通过晶格动力学和NEMD分析。电子输运系数（塞贝克系数、电导率、电子热导率）经计算后对布里渊区进行积分。
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获取完整内容-
LAMMPS
Molecular dynamics simulation software used for EMD and NEMD simulations to compute thermal properties.
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Quantum Espresso
Plane wave code for first-principles DFT calculations to study electronic structure and transport properties.
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BoltzTraP
Code for computing electronic transport coefficients using semiclassical Boltzmann transport theory.
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Tersoff potential
Empirical interatomic potential used to model interactions between Si, Ge, and C atoms in MD simulations.
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2NN MEAM potential
Modified embedded atom method potential used to model interactions in Li-Si systems for MD simulations.
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