晶体Ge₂Sb₂Te₅中显著的四声子散射及其热传输影响
材料科学
2023-12-18 v3
摘要
我们通过第一性原理密度泛函理论结合线性化玻尔兹曼输运方程，系统地展示了晶体Ge₂Sb₂Te₅中温度依赖的热传输性质。该研究覆盖了宽温度范围（30 K-600 K），报道了晶体Ge₂Sb₂Te₅中异常的光学声子主导热传输的出现。此外，记录到四声子散射的显著贡献，这显著改变了晶格热导率。因此，三次和四次声子非谐性的联合效应被认为引导了潜在的物理机制，并在高温下开启了Ge₂Sb₂Te₅中有趣的声子相互作用。无论三声子还是四声子过程，Umklapp散射都占主导地位，超过正常散射事件。结果发现，四声子散射使Ge₂Sb₂Te₅的晶格热导率在室温下显著降低28%，在更高温度下降低42%。这种四次非谐性进一步表现为热导率T⁻¹标度律的破坏，并在高温下挑战了声子热扩散率存在普适下限的观念。通过包含四次非谐性的修正时间尺度，解释了热扩散率比T⁻¹更快的衰减。这些结果使Ge₂Sb₂Te₅热传输性质的理论预测更加精确和理解更深入。同时，这也激发了探索在具有显著四声子散射的材料中热扩散率下限表现的可能性。
引用
@article{arxiv.2312.00895,
title = {Significant four-phonon scattering and its heat transfer implications in crystalline Ge$_2$Sb$_2$Te$_5$},
author = {Kanka Ghosh and Andrzej Kusiak and Jean-Luc Battaglia},
journal= {arXiv preprint arXiv:2312.00895},
year = {2023}
}