Ultralow thermal conductivity in quaternary compound Ag2BaSnSe4 due to square-cylinder cage-like structure with rattling vibration
Ultralow thermal conductivity in quaternary compound Ag2BaSnSe4 due to square-cylinder cage-like structure with rattling vibration
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四元化合物Ag2BaSnSe4由于方柱笼状结构和振动而具有超低导热率
DOI：
10.1063/5.0044110
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发表时间：
2021-04
影响因子：
4
通讯作者：
Ma Lingling
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Hong Aijun;Ma Lingling
季元化合物Ag2BaSnSe4具有超低导热性。然而，其物理原因仍不明确。通过第一性原理计算，结合玻尔兹曼声子输运方程和非弹性中子散射理论，我们发现具有咔嗒振动的方柱笼状结构是最重要的客观原因。嘎嘎作响的银原子的振动引起声子分支的杂化和软化，从而导致低比热，特别是低群速度，直接解释了超低晶格导热系数。我们发现热格鲁尼森参数与声格鲁尼森参数和弹性格鲁尼森参数存在严重偏差。我们认为晶格热导率与声/弹性Gruneisen参数有关，而不是与热Gruneisen参数有关。我们的研究不仅解释了化合物Ag2BaSnSe4超低晶格热导率的物理原因，而且对笼状结构的研究也有启发作用。
Quaternary compound Ag2BaSnSe4 has ultralow thermal conductivity. However, the physical reasons for it remain ambiguous. By using the first principles calculations combined with the Boltzmann phonon transport equation and inelastic neutron scattering theory, we find that the square-cylinder cage-like structure with rattling vibration is the most important objective reason. The vibrations of rattling Ag atoms cause hybridization and softening of phonon branches and, thus, lead to low specific heat and especially low group velocity, accounting for ultralow lattice thermal conductivity directly. We find that the thermal Gruneisen parameter seriously deviates from acoustic and elastic Gruneisen parameters. We consider that the lattice thermal conductivity is related to the acoustic/elastic Gruneisen parameter rather than the thermal Gruneisen parameter. Our research not only explains the physical origin for ultralow lattice thermal conductivity of compound Ag2BaSnSe4 but also will inspire much research on cage-like structures.
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