Almost identical thermal properties of type-I clathrate compounds to those of glasses follow naturally from the consideration that off-centered guest ions possess electric dipole moments. Local fields from neighbor dipoles create many potential minima in the configuration space. A theoretical analysis based on two-level tunneling states demonstrates that interacting dipoles are a key to quantitatively explain the glass-like behaviors of low-temperature thermal properties of type-I clathrate compounds with off-centered guest ions.From this analysis, we predict the existence of a glass transition.
Anharmonic lattice dynamics and thermal transport in type-I inorganic clathrates
采用第一性原理计算，考虑温度依赖的势能面取样和四次声子重整化，计算了填充无机笼形物Ba_8 Ga_（16）Ge_（30）和Sr_8 Ga_（16）Ge_（30）的非谐声子性质.由于客体原子与主体晶格的弱结合，所获得的客体模式随温度经历强重整化，并且在室温下在Sr 8 Ga 16 Ge 30中变得更硬，最高可达50%。计算出的声子频率和相关的热均方位移与实验相比，尽管在笼形物的中心的客体原子。晶格热导率在50- 300 K的温度范围内，占三声子散射过程和多通道的热输运。相干输运通道的贡献是显着的，在室温下（13%和22%的Ba 8 Ga 16 Ge 30和Sr 8 Ga 16 Ge 30），但不足以解释实验观察到的玻璃状的热输运Sr 8 Ga 16 Ge 30。
Quartic Anharmonicity of Rattlers and Its Effect on Lattice Thermal Conductivity of Clathrates from First Principles
基于\textit{ab initio}自洽声子计算，研究了四次非谐性在I型包合物Ba $_{8}$ Ga $_{16}$ Ge $_{30}$晶格动力学和热输运中的作用.我们发现，强的四次非谐性的摇铃客人原子的原因硬化的振动频率的低-说谎的光学模式，从而影响计算的晶格热导率$κ_{L}$显着，导致在一个改进的协议与实验结果，包括偏离$κ_{L}\propto T^{-1}$在高温下。此外，我们的静态模拟与各种不同的细胞体积显示从晶体样的\textit{glasslike} $κ_{L}$的转变约20 K。我们的分析表明，观察到的$κ_{L}$在笼形物与大的客人自由空间的共振下降主要是由于随着存在较高频率的色散光学模式的声学模式的强烈Umklapp散射。
Occupational Disorder as the Origin of Flattening of the Acoustic Phonon Branches in the Clathrate Ba$_{8}$Ga$_{16}$Ge$_{30}$
在寻找高性能热电材料的过程中，由于具有玻璃状的低声子热导率和晶体状的高电导率，诸如笼形物的材料引起了人们的注意。Ba $_{8}$ Ga $_{16}$ Ge $_{30}$（BGG）具有捕获在刚性Ga/Ge笼状结构内的松散结合的客体Ba原子。声学声子和平坦的客体原子分支之间的避免交叉已被提出是BGG的低晶格热导率的来源。Ga/Ge位无序与Ga和Ge在不同晶胞中交换位置也已被报道。我们使用飞行时间中子散射测量完整的声子谱在一个大的单晶BGG和比较这些结果与密度泛函理论的预测阐明的影响的无序载热声子。实验结果与假设无序的计算结果比与假设有序构型的计算结果吻合得更好。虽然Ga和Ge的原子质量几乎相同，但我们发现无序强烈降低了声子群速度，从而显着降低了热导率。我们的工作指出了优化热电的新途径。
Possible mechanism for achieving glass-like thermal conductivities in crystals with off-center atoms
在填充的Ga/Ge包合物中，Eu和Sr在2位偏离中心，而Ba在中心。所有三种填料原子（Ba、Eu、Sr）具有低温爱因斯坦模式;然而仅对于Eu和Sr系统，热导率存在归因于爱因斯坦模式的大的下降。未观察到Ba的下降。在这里，我们认为，这是偏离中心的位移是至关重要的理解这种无法解释的行为差异。对于Eu和Sr体系，它增强了晶格声子与“rattler”运动之间的耦合，并开启/关闭了由偏心位置的存在/不存在而产生的另一种散射机制（1 K < T <20 K）。不同偏离中心位置的随机占据产生高密度的散射声子的破密缺陷。这对提高我们对其他玻璃体系的理解也很重要。
Glass-like anomalies and unconventional thermoelectric transport in chimney ladder crystals
Cavendish Laboratory, University of Cambridge（剑桥大学卡文迪许实验室）；Wilczek Quantum Center, School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院吴健雄量子中心）；Shanghai Research Center for Quantum Sciences（上海量子科学研究与创新中心）；Key Laboratory of Artificial Structures and Quantum Control, School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院人工结构量子调控国家重点实验室）；Shanghai Center for Complex Physics, School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院上海复杂体系多尺度科学研究所）；Materials Genome Institute, State Key Laboratory of Advanced Refractories, Shanghai University（上海大学先进耐火材料国家重点实验室材料基因组研究院）；Qianweichang College, Shanghai University（上海大学钱伟长学院）；University of Bordeaux, CNRS, Bordeaux INP, ICMCB, UMR 50（波尔多大学）
