FourPhonon三声子纳米线边界模型

同样的体相声子寿命，加上有限横截面的边界限制后，热导会随线径改变。本例演示FourPhonon CPU程序中继承的ShengBTE三声子边界流程；固定版本上游不支持四声子纳米线功能，本例关闭four_phonon，不把这个结果写成四声子边界输运。

下载实际Si力常数、完整数值、CONTROL、三个结构/数据图及终端脚本。在已分配的CPU资源中计算，登录节点用于准备和提交。

python3 -m zipfile -e fourphonon-interfaces-wave321-*.zip .
cd fourphonon-interfaces
module load pymatgen/2026.9.24
bash run.sh

这一步读取已有输出并绘图，不重新计算DFT或输运。新的原生计算使用：

bash prepare.sh
sbatch cpu.sh
squeue -u "$USER"

CPU脚本采用当前集群的整节点资源申请约定；队列应选择当时可用、支持AVX512的兼容CPU资源。FourPhonon1.3-fix20260924固定源码5b814b3，oneAPI2024.2、Intel MPI2021.13与顺序MKL。这里不提供CPU节点性能结论。

1 这是哪一种纳米线模型#

力常数仍来自真实Si₁₆超胞和体相原胞。边界模型在体相声子速度、寿命的基础上，对圆截面的径向平均路径进行修正；它没有建立并放松一根含表面的原子级纳米线，也没有显式计算表面重构、粗糙度或氧化层。

q网格为5³，温度300/600 K，圆截面直径10、30、50至190 nm；仍是最近邻、有限超胞的教学常数，不是已收敛的Si材料热导。

2 设置方向与尺寸#

# allocations
norientations=3
# crystal
orientations(:,1)=-1 1 1
orientations(:,2)=1 -1 1
orientations(:,3)=1 1 -1
# parameters
rmin=5, rmax=105, dr=10
# flags
four_phonon=.false.
nanowires=.true.
convergence=.false.

方向是原胞晶格基矢的整数系数，不一定是笛卡尔坐标。对于本例面心立方原胞，上面三组系数分别指向笛卡尔x、y、z；直接填写1 0 0会得到原胞第一基矢的方向。

rmin/rmax/dr填写半径nm，输出文件第一列却是直径nm。本版按rmin+(i−1)dr、i=1..ceil((rmax−rmin)/dr)取点，本例半径为5到95 nm，输出直径10到190 nm；105 nm不是额外输出的最后一个半径。

&allocations
 nelements=1, natoms=2, ngrid(:)=5 5 5, norientations=3
&end
&crystal
 lfactor=0.1
 lattvec(:,1)=0 2.715 2.715
 lattvec(:,2)=2.715 0 2.715
 lattvec(:,3)=2.715 2.715 0
 elements="Si", types=1 1
 positions(:,1)=0 0 0
 positions(:,2)=0.25 0.25 0.25
 masses(1)=28.085, gfactors(1)=0.00000000000000000e+00
 scell(:)=2 2 2
 orientations(:,1)=-1 1 1
 orientations(:,2)=1 -1 1
 orientations(:,3)=1 1 -1
&end
&parameters
 T=300, rmin=5, rmax=105, dr=10, scalebroad=1, maxiter=200, eps=1e-6
 num_sample_process_3ph=-1
 num_sample_process_3ph_phase_space=-1
 num_sample_process_4ph=-1
 num_sample_process_4ph_phase_space=-1
&end
&flags
 nonanalytic=.false., espresso=.false., tdep=.false.
 convergence=.false., four_phonon=.false.
 four_phonon_iteration=.false.
 isotopes=.false., autoisotopes=.false.
 nanowires=.true., onlyharmonic=.false.
&end

3 提交、读取、画图#

前面的bash prepare.sh及sbatch cpu.sh会运行300和600 K两组。完成后：

head work/Si-q5-T300-nanowire-3ph/T300K/BTE.kappa_nw_1
head work/Si-q5-T600-nanowire-3ph/T600K/BTE.kappa_nw_1
python verify.py --cases work --output new-results
python plot.py --data new-results --output new-plots

BTE.kappa_nw_1/2/3对应三种所选方向；每行依次为直径、六条声子支的贡献和总热导，单位W/(m·K)。不要把最后一列之前某条声子支的数值当成总热导。

4 这组输入的实际结果#

三个笛卡尔方向的总量在本立方模型中相同。径向连续积分的独立计算与程序采用的离散求和吻合，尺寸增大后热导逐步趋近同网格体相值。

这里的“体相参照”也仍是同一5³网格和有限力常数模型，不能当成实验值。若要研究真正的纳米材料，应进一步区分体相散射、边界假设和原子级表面效应，并分别检查q网格、常数截断、温度与尺寸范围。

参考：固定版本功能与边界范围。