Thermal Transport in Low Dimensions: From Statistical Physics to Nanoscale Heat Transfer

درک ویژگی‌های غیرتعادلی سیستم‌های چند ذره‌ای کلاسیک و کوانتومی یکی از اهداف مکانیک آماری معاصر است. این موضوع علاوه بر علاقه خود به مبانی نظری ترمودینامیک برگشت ناپذیر (به عنوان مثال قانون هدایت گرما فوریه)، همچنین برای توسعه ایده های نوآورانه برای مدیریت حرارتی در مقیاس نانو با کاربردهای احتمالی آینده در فناوری نانو و منابع انرژی موثر مرتبط است.

بخش اول جلد (فصل های 1-6) مدل های اساسی، پدیدارشناسی و رویکردهای نظری مختلف برای درک انتقال گرما در شبکه های با ابعاد پایین (1D و 2D) را توضیح می دهد. روش‌های توصیف‌شده شامل شبیه‌سازی دینامیک مولکولی تعادلی و غیرتعادلی، رویکردهای هیدرودینامیکی و جنبشی و حل مدل‌های تصادفی خواهد بود.

بخش دوم (فصل‌های 7-10) به کاربردها در انتقال حرارت نانو و میکرومقیاس می‌پردازد. به عنوان مثال حمل و نقل آوایی در نانومواد مبتنی بر کربن، از جمله نمونه برجسته نانولوله ها و گرافن. پیشرفت‌های احتمالی آینده در مورد کنترل جریان گرما و تبدیل انرژی ترموالکتریک تشریح خواهد شد.

این جلد اولین گام برای دانشجویان فارغ‌التحصیل و محققانی است که وارد این حوزه می‌شوند و همچنین مرجعی است. برای جامعه دانشمندانی که در زمینه‌های مختلف (فیزیک نظری، ریاضیات، علوم مواد و مهندسی)، در سال‌های اخیر حول آن موضوعات رشد کرده‌اند.

Understanding non-equilibrium properties of classical and quantum many-particle systems is one of the goals of contemporary statistical mechanics. Besides its own interest for the theoretical foundations of irreversible thermodynamics(e.g. of the Fourier's law of heat conduction), this topic is also relevant to develop innovative ideas for nanoscale thermal management with possible future applications to nanotechnologies and effective energetic resources.

The first part of the volume (Chapters 1-6) describes the basic models, the phenomenology and the various theoretical approaches to understand heat transport in low-dimensional lattices (1D e 2D). The methods described will include equilibrium and nonequilibrium molecular dynamics simulations, hydrodynamic and kinetic approaches and the solution of stochastic models.

The second part (Chapters 7-10) deals with applications to nano and microscale heat transfer, as for instance phononic transport in carbon-based nanomaterials, including the prominent case of nanotubes and graphene. Possible future developments on heat flow control and thermoelectric energy conversion will be outlined.

This volume aims at being the first step for graduate students and researchers entering the field as well as a reference for the community of scientists that, from different backgrounds (theoretical physics, mathematics, material sciences and engineering), has grown in the recent years around those themes.