超离子导体 Cu2X (X=S, Se) 中 Cu 扩散从类固态到类液态行为的非弹性中子散射与从头算分子动力学研究
材料科学
2022-01-04 v1
摘要
Cu2Se 与 Cu2S 是具有大扩散系数的超离子导体的优良模型体系，据报道其表现出不同的类固态与类液态 Cu 离子扩散。本文通过温度依赖的从头算分子动力学(AIMD)模拟与非弹性中子散射(INS)实验阐明了这些化合物的原子动力学。利用动力学结构因子与 Van-Hove 关联函数，我们考察了跳跃时间、跳跃长度分布及相应的扩散系数。在 500 K 的立方-Cu2Se 中，我们发现类固态扩散，Cu 跳跃长度与晶体中约 3 {\AA} 的近邻 Cu-Cu 距离吻合良好，并存在明确涉及 Cu 振动的光学声子。在 700 K 以上，跳跃长度分布变为以 4 {\AA} 为中心的宽峰，跨越第一与第二近邻晶格距离，且 Cu 声子态密度同时展宽。此外，在 900 K 以上，Cu 扩散变得接近类液态，Cu 原子分布连续连接晶格位点，而涉及 Cu 运动的振动模式高度阻尼，尽管仍不像液体中那样完全过阻尼。低温下类固态扩散与先前的 X 射线衍射与准弹性中子散射实验一致，而高温下类液态扩散的观测与先前的 AIMD 模拟相符。我们还报道了 Cu2S 在六方与立方超离子相中的 AIMD 模拟，并分别观察到低温与高温下类似的类固态与类液态扩散。计算的离子电导率与已报道的实验值基本吻合。
引用
@article{arxiv.2201.00606,
title = {Solid-like to Liquid-like Behavior of Cu Diffusion in Superionic Cu2X (X=S, Se): An Inelastic Neutron Scattering and Ab-Initio Molecular Dynamics Investigation},
author = {Sajan Kumar and M. K. Gupta and Prabhatasree Goel and R. Mittal and Olivier Delaire and A. Thamizhavel and S. Rols and S. L. Chaplot},
journal= {arXiv preprint arXiv:2201.00606},
year = {2022}
}
备注
29 Pages, 7 Figures