カーボンナノチューブの熱伝導率を理論的に評価する方法として、これまで主に古典分子動力学法が用いられてきました。

ニューラルネットワークMDを用いたカーボンナノチューブの格子熱伝導率の計算

カーボンナノチューブの熱伝導率を理論的に評価する方法として、これまで主に古典分子動力学法が用いられてきました。しかし、カーボンナノチューブの高い熱伝導率は、従来の従来の力場では十分に評価できません。一方、第一原理計算による高精度の計算は小規模なモデルしか扱えないため、カーボンナノチューブの多種多様な構造を計算しようとすると計算コストが高くなります。そこで、単層カーボンナノチューブ（SWCNT）の格子熱伝導率を、第一原理計算よりも高速で、既存の分子動力学計算よりも正確なニューラルネットワークMD（NNMD）を用いて評価し、第一原理計算を行います。そして、従来の古典力場の結果と比較してみました。

1。計算モデル

① NNMD 教師データ作成

NNMDに使用されるポテンシャル力場を作成するための教師データには、直径サイズの異なるSWCNTにランダムな原子変位を与えた約3000の構造モデルを使用しました。

② フォノン計算モデル

計算に使用したSWCNTモデルは、キラリティー（4,4）のスーパーセルと1×1×3に拡張されたユニットセルを使用してフォノン計算を行いました（図1を参照）。さらに、ユニットセルの内部構造は、使用した計算方法によって最適化されました。

2。計算条件

Advance /NeuralMDを用いてNNMDに用いられる原子間ポテンシャルを生成し、そのポテンシャルの学習に用いた教師データを第一原理計算を用いて計算した。さらに、フォノン特性は実空間変位法を用いて計算され、格子熱伝導率は非調和格子力学によって評価されました。今回は、フォノン計算に使う原子力の計算には第一原理計算と古典力場計算を用い、古典力場としてNNMDと従来の力場 (Tersoff) を比較しました。第一原理計算にはすべて量子エスプレッソ、古典力場の計算にはLAMMPSが使われます。フォノン計算にはフォノン計算コード ALAMODE [1] を使用しました。計算条件の詳細を表1に示します。