岩盐结构β-GeTe中的非谐稳定化与晶格热输运
材料科学
2018-11-08 v2
摘要
Peierls-Boltzmann输运方程结合三阶非谐晶格动力学计算，已被广泛用于模拟块体晶体中的晶格热导率（κ_l）。然而，其对于在相对较高温度发生结构相变材料的应用，从根本上受到晶格不稳定性（虚声子模）的挑战。此外，其精度因缺乏高于三阶的声子散射过程而受损，而这些过程在Debye温度附近及以上十分重要。在本快报中，我们提出了一种有效方案，结合温度诱导的非谐声子重整化与四声子散射来解决这两个理论挑战。我们将该方案应用于研究GeTe的晶格动力学与热输运性质，GeTe在约700 K时发生从菱方α-GeTe到岩盐β-GeTe的二级铁电相变。我们在800 K高温相β-GeTe上的结果证实了β-GeTe由温度效应稳定。我们发现仅考虑三声子散射会导致在800 K处κ_l被显著高估为3.8 W/mK，而包含四声子散射将κ_l降低至1.7 W/mK，该值与实验相当。为探索进一步抑制κ_l的可能性，我们表明用Pb和Bi等重阳离子对β-GeTe合金化可将κ_l有效降低至约1.0 W/mK，而通过纳米结构化使样品尺寸达到约10 nm才能实现相当的κ_l降低。
引用
@article{arxiv.1807.08012,
title = {Anharmonic stabilization and lattice heat transport in rocksalt $\beta$-GeTe},
author = {Yi Xia and Maria K. Y. Chan},
journal= {arXiv preprint arXiv:1807.08012},
year = {2018}
}