( , Y; , Se, Te) 中的晶格动力学与热电输运：非谐声子和 Ag 子晶格振动的作用

《Physical Review B》：Lattice dynamics and thermoelectric transport in ( , Y; , Se, Te): Role of anharmonic phonons and Ag-sublattice vibrations

　　

化学键合、晶格非谐性与热输运之间的相互作用在决定晶体固体的热电性能中起着核心作用。在此，我们系统研究了 MAgCh?（M=Sc, Y；Ch=S, Se, Te）家族的结构稳定性、晶格动力学、热输运以及热电性能。计算所得的形成能、声子色散关系以及有限温度下的径向分布函数证实了全部六种化合物的热力学稳定性、动力学稳定性和热稳定性。此外，预测所得的晶格参数与现有的实验测量结果高度一致，支持了理论框架的可靠性。化学键合分析揭示了一个独特的键合层级，其特征是强 M–Ch 相互作用和显著较弱的 Ag–Ch 键。这种弱键合的 Ag 子晶格导致了高度各向异性的原子振动、大的均方位移以及密集的低频光学声子模式。因此，在整个系列中都出现了显著的声学-光学声子重叠和强非谐性现象。晶格热导率从硫化物到碲化物呈系统性下降趋势，并且在高温下始终保持在 1 W/(m·K) 以下。值得注意的是，类波动声子输运对晶格热导率贡献显著，在 900 K 下约占热传导的 45–56%，凸显了纯粒子状声子图像的不适用性。电子结构计算表明，从 S 到 Te 的能带间隙逐步收窄，载流子有效质量减小，从而导致碲化物中载流子输运的增强。由于固有的低晶格热导率和有利的电子输运特性的结合，ScAgTe? 和 YAgTe? 展现出最佳的热电性能，沿优选输运方向预测的峰值 zT 值分别接近 3.5 和 3.0。这些发现表明 MAgCh? 是一个有前景的热电材料家族，并展示了以 Ag 为中心的弱键合、高阶非谐性以及相干声子输运在实现超低热导率中的关键作用。