无机功能材料电子—声子及声子—声子耦合的计算机模拟研究
[Abstract]:Lattice dynamics is one of the foundations of modern solid physics. The atoms in the crystal vibrate in the vicinity of the equilibrium position under thermal excitation. These phonons produced by collective atomic vibration can be coupled with many excited states, the most important of which are electron-phonon and phonon-phonon coupling. They determine many physical properties related to electron and phonon transport, such as the conductivity, superconductivity and thermal conductivity of metals. In this paper, the hydride and ferroelectric materials at high pressure are selected as the objects of electron-phonon and phonon-phonon coupling, and the first-principle ab initio method based on density functional theory is used. A systematic study of the transport properties is carried out, and the following innovative results are obtained: 1. The superconducting transition temperatures of the two HP-rich compounds (AsH_8 and SbH_4) predicted at high pressure are over 100K, and the general chemical trend of the high pressure properties of binary hydride has been found. The high pressure phase diagrams of phosphorous hydride have been systematically explored, and it has been found that all of them tend to decompose at high pressure. Two stable hydrogen-rich compounds (AsH_8 and SbH_4) were found in arsenic and antimony hydride. The superconducting transition temperatures of AsH_8 and SbH_4 were both over 100K. In particular, SbH_4 has the highest energy stability, its synthesis pressure is only 150 GPA. By mining the theoretical data of the explored binary hydride, we find out the general chemical trend of the high pressure properties of the hydride and its thermodynamic stability under high pressure. The properties of bonding and electro-acoustic coupling are closely related to the electronegativity difference of the constituent elements at normal pressure. This work provides valuable theoretical guidance for finding stable solid hydride and exploring high temperature superconductivity. 2. It is found that the binary unfilled galactic cobalt (FeSb_3) material has ultra-low intrinsic lattice thermal conductivity, which changes the traditional understanding of thermal transport law in galactic cobalt system. At room temperature, the lattice thermal conductivity of FeSb_3 is only 1.14W/m K, which is 1/10 of that of CoSb_3. The filling of atoms does not result in a decrease in the lattice thermal conductivity of FeSb_3. This has changed the traditional understanding in the galactic cobalt system that filling atoms can significantly reduce the lattice thermal conductivity of galactic materials. The ultra-low lattice thermal conductivity in FeSb_3 is mainly due to the softening of the entire phonon spectrum. In particular, it is related to the softening of low frequency optical branch phonons associated with Sb-Sb covalent bonds in the structure. It is found that SnFe_4Sb_ (12) filled with high electronegativity element has ultralow intrinsic lattice thermal conductivity, which provides a new way to optimize the thermoelectric properties of galactic cobalt materials. We find that Sn atoms with high electronegativity have the central deviation phenomenon when filling the lattice vacancies into FeSb_3, which leads to the "Goldstone" phonon mode in FeSb_3. This is the main reason for the ultra-low intrinsic lattice thermal conductivity (0.69W/m K) of SnFe_4Sb_ (12) at room temperature. Furthermore, we design a double filling scheme, which applies the results obtained in SnFe_4Sb_ (12) research to the improvement of the thermoelectric properties of practical galactic cobalt ores, and provides a new way for the preparation of high performance galactic cobalt thermoelectric materials.
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TB34
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本文编号:2420042
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