Electrical and Thermal Properties of SnTe/Sb2Te3 Superlattice Phase Change Materials
研究了SnxTe_（1-x）/Sb_2Te_3超晶格（SnTeSL）器件的基本电学和热学性质，并与传统的Ge_2Sb_2Te_5（GST_（225））和GeTe/Sb_2Te_3超晶格（GeTeSL）器件的电阻开关特性进行了比较。通过进行适当的初始化过程，改变SnxTe 1-x/Sb 2 Te 3中的x，并施加短电脉冲，证明了SnTeSL的开关功率的显著降低。研究发现，所观察到的急剧功率降低是由于脉冲入射下电流的指数下降。另一方面，所研究的SL材料的热性能与常规相变材料的热性能非常相似。在GeTeSL和SnTeSL中多脉冲入射所获得的透射电子显微照片和多能级盒记录结果与GeTe-Sb_2 Te_3赝二元系相变材料的性质完全不同。提出了部分开关和电场诱导开关两种不同的模型来解释SL材料的电阻开关机制。
2018-12-02 cond-mat.mtrl-sci
All-optical detection of periodic structure of chalcogenide superlattice using coherent folded acoustic phonons
硫系超晶格（SL）由GeTe和Sb $_{2}$ Te $_{3}$层的交替堆叠组成。该结构可以根据组成层的厚度变成3D拓扑绝缘体，使得SL周期的设计成为推进硫属化物SL作为自旋器件的潜在候选以及优化当前一代相变存储器器件的中心问题。在这里，我们探索的周期性结构的硫属化物SL观察相干折叠纵向声学（FLA）声子激发飞秒激光脉冲照射。FLA模式的峰值频率被观察到的GeTe层的厚度，这是很好地再现通过一个弹性连续模型的变化时的变化。此外，一个新的SL结构的样品组成的薄GeTe和Sb $_{2}$ Te $_{3}$层，这表明混合的Ge原子。这种基于相干FLA模式观察的全光学技术提供了原子分辨率的超晶格结构的非破坏性表征。
2019-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Giant Damping-like Spin-Torque Conductivity in a GeTe/Py van der Waals Heterostructure
Indian Institute of Technology Delhi（印度德里理工学院）；Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）；University of Gothenburg（哥德堡大学）
GeTe/Py范德瓦尔斯异质结中实现了高导电性的自旋扭矩，通过协同作用的自旋霍尔效应、轨道霍尔效应和轨道拉比效应，展示了高效电控磁化的潜力。
2026-01-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of amorphous and crystalline GeTe thin film at high temperature: Experimental and theoretical study
热输运性质在影响相变存储器（PCM）器件的性能方面具有关键作用，其中PCM操作涉及非晶相和晶相之间的快速且可逆的相变。在本文中，我们提出了一个系统的实验和理论研究的热传导性的GeTe在高温下，涉及快速变化，从非晶相的结晶相加热。采用调制光热辐射法（MPTR）对GeTe非晶相和晶相的高温热导率进行了实验测定。热边界电阻准确地考虑到实验的考虑。为了具体了解基本的物理机制，进行了严格而深入的理论练习。为此，第一性原理密度泛函方法和线性化玻尔兹曼输运方程（LBTE）采用直接和弛豫时间为基础的方法（RTA），并与现象学松弛模型。非晶相的实验数据已被描述使用的最小热导率模型具有足够的精度。理论估计涉及直接解决方案和RTA方法被发现，以及恢复的结晶GeTe在高温下的实验热导率的趋势，尽管略有高估和低估，分别与实验数据相比。空缺的贡献的粗略估计已被发现，以这样一种方式修改的直接解决方案，它与实验非常一致。Umklapp散射已被确定为显着的声子-声子散射过程。确定了GeTe在整个温度范围内的Umklapp散射参数，该参数可以唯一地确定和比较不同材料的Umklapp散射过程
2020-06-04 cond-mat.mtrl-sci
The origin of the lattice thermal conductivity enhancement at the ferroelectric phase transition in GeTe
IV-VI族热电材料接近结构相变是其大声子非谐性和固有低晶格热导率$κ$的主要原因之一。而在$700$ K附近的铁电相变处，GeTe的$κ$增加。使用第一性原理计算与温度相关的有效势方法，我们表明，这种上升的$κ$是负热膨胀的菱形相和增加的声子寿命在高对称相的后果。负的热膨胀增加声子群速度，这抵消了增强的声子模式的非谐性，并提高$κ$接近的相变中的菱形相。在立方相的非谐力常数的急剧下降增加的声子寿命和$κ$。在相变附近的强非谐性导致声子功率谱的非洛伦兹形状。为了解释这些影响，我们实现了一种新的方法计算$κ$的基础上的绿色-久保方法，并发现玻尔兹曼输运方程低估$κ$附近的相变。我们的研究结果阐明了结构相变对$κ$的影响，并为设计更好的热电材料提供指导。
2021-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Conductivity of a superlattice with parabolic miniband
理论研究了具有抛物型微带的一维超晶格的静态和高频微分电导率，其中色散规律假定为抛物型直到布里渊区边缘。与早期发表的作品，致力于这个问题，新的公式包含的静态电流密度的温度依赖性，这导致电流最大值随着温度的升高向低场侧移动。的高频微分电导率响应特性，包括温度依赖性的检查和创建太赫兹振荡器的布洛赫电子振荡在这样的超晶格的机会进行了讨论。分析表明，具有抛物型微带色散规律的超晶格只有在很低的温度下才有可能用于太赫兹场的产生和放大。
2007-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Temperature and thickness dependence of the thermal conductivity in 2D ferromagnet Fe$_3$GeTe$_2$
本文结合实验与理论研究二维铁磁体 Fe$_3$GeTe$_2$ 的跨面热导率，揭示其厚度、磁转变及声子散射对热输运的调控机制。
2023-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Low Thermal Conductivity Phase Change Memory Superlattices
相变存储器装置通常通过熔化淬火材料以从根本上降低其电导来复位。重置相变材料所需的高功率和伴随的高电流密度是限制3D相变存储器架构的存取时间的主要问题。相变超晶格通过将相变限制在两种不同相变材料之间的界面来降低复位能量。然而，超晶格的高热导率意味着热被不良地限制在相变材料内，并且大部分热能被浪费到周围的材料。在这里，我们确定了Ti作为一种有用的掺杂剂，用于显著降低Sb 2 Te 3-GeTe超晶格的热导率，同时还稳定分层结构免受不必要的无序。我们证明，通过激光加热，降低热导率掺杂的Sb 2 Te 3层与Ti的一半的开关能量相比，只使用界面相变过渡和应变工程的超晶格。热优化的超晶格具有（0 0 l）的晶体取向，但在“开”（设置）状态下的热导率仅为0.25 W/m.K。与未掺杂的超晶格相比，包含该Ti掺杂的超晶格的原型相变存储器器件切换得更快并且处于基本上更低的电压。在切换过程中，Ti掺杂的Sb 2 Te 3层在超晶格内保持稳定，并且只有Ge原子是活跃的并且经历界面相变。总之，我们展示了热优化的Sb 2 Te 3-GeTe超晶格的潜力，用于新一代节能的电学和光学相变存储器。
2022-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Conductivity crossover in nano-crystalline diamond films: Realization of a disordered superlattice-like structure
我们提出了一批不同氮浓度的纳米金刚石薄膜的电输运特性，并解释了半导体异质结构的无序准超晶格模型的导电机制。合成的热灯丝化学气相沉积技术，在薄膜中的结构无序的程度，从拉曼光谱证实，被发现是可控的，导致在过渡的导电机制从本地化和激活的金属导电制度。因此，通过在低温下的高场磁阻测量，我们牢固地建立了从跳跃到3D弱局部化的电导率交叉。长的电子退相时间和其弱的温度依赖性表明金刚石基高速器件应用的可能性。
2012-07-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structural and thermal transport properties of ferroelectric domain walls in GeTe from first principles
铁电畴壁是铁电材料中具有不同极化取向的区域之间的边界。利用第一性原理计算，我们描述了热电GeTe中在（$11\bar{1}$），（$111$）和（$1\bar{1}0$）晶面上形成的所有不同类型的畴壁。我们发现大部分的这些畴壁，这是由偏振变化驱动的附近的结构扭曲。我们发现，这种强的应变-序参量耦合将大大降低晶格热导率的GeTe样品相对于单晶的畴壁。因此，我们的研究结果表明，畴工程是一个很有前途的途径，提高热电优值的GeTe。
2020-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Phonon hydrodynamics in crystalline GeTe at low temperature
采用第一性原理密度泛函方法和线性化Boltzmann输运方程的直接解，系统地分析了GeTe晶体的低温热输运.广泛的热输运模拟，从室温到低温温度，揭示了在低温下GeTe声子流体动力学制度的出现。晶界散射的减少被发现发挥了至关重要的作用，随着umklapp和正常的散射在低温下的发散趋势，在容纳的流体动力学制度。正常，umklapp，和其他电阻过程的平均散射率被区分为一个宽范围（4 - 300 K）的温度和用于识别各种声子输运制度。因此，晶格热导率，声子传播长度，和热扩散率随温度的变化，与这些运输制度（弹道，流体动力学，和动力学），已被彻底调查。晶格热导率的模态分解和热扩散率随不同散射过程的区别揭示了GeTe中低温下主要声子模和声子散射过程的丰富信息。此外，动力学-集体模型被用来阐明声子散射的流体力学行为，通过集体和动力学的贡献的热输运性质的相对研究。在这种情况下，克努森数估计通过特征的非局域长度和晶粒尺寸，这进一步量化的声子热输运的一致的流体动力学行为的GeTe。最后，声子空位散射GeTe的实现，和空位被发现强烈影响的流体动力学窗口，同时将其他电阻散射机制。
2020-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Complex polar superstructure controlled thermal conductivity in ferroelectric PbTiO3/SrTiO3 superlattices
Universidade de Santiago de Compostela（圣地亚哥-德孔波斯特拉大学）；Universidad Rey Juan Carlos（胡安卡洛斯国王大学）；Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学）；Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2)（加泰罗尼亚纳米科学与技术研究所）；ALBA Synchrotron Light Facility（阿尔巴同步辐射光源设施）
研究铁电PbTiO3/SrTiO3超晶格中复极超结构对热导率的控制，通过整合两种外延薄膜到超晶格，利用其独特平台调节多种能量获得丰富相图，发现极性涡旋三维排列抑制热导率，且厚度增加热导率降低，可用于调节热传输。
2026-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of characteristic size on the collective phonon transport in crystalline GeTe
采用第一性原理密度泛函方法结合动力学集体模型方法研究了GeTe晶体中特征尺寸变化对声子热输运的影响.声子热输运的特征尺寸依赖性揭示了一个有趣的集体声子输运制度，位于弹道和扩散输运制度之间。因此，已经进行了系统的研究，以描述声子流体力学的签名通过晶粒尺寸和温度之间的竞争效应。一个特征的非局域长度与声子流体力学和热波传播长度已被提取。声子流体力学和这些长度尺度之间的联系进行了讨论的克努森数。此外，在中间尺寸范围内，热导率作为特征尺寸的函数的标度关系作为流体动力学行为的强度的关键指标而出现。关于正常和电阻性散射率的比率已被用来理解这些不同的标度关系，这似乎控制的强度和显着的可见性的集体声子输运GeTe。该系统的研究强调了温度和特征尺寸对GeTe中声子流体力学的竞争效应的重要性，这可以更好地理解低热导率材料中声子流体力学及其控制参数的一般行为和后果。
2021-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Acoustic-Soft Optical Mode Coupling Leads to Negative Thermal Expansion of GeTe near the Ferroelectric Phase Transition
GeTe是众所周知的铁电和热电材料，其在$\sim 600-700$ K下经历从菱面体到岩盐结构的结构相变。我们提出了第一性原理方法来计算GeTe的热膨胀在菱面体相的居里温度。我们发现的亥姆霍兹自由能相对于每个结构参数的方式类似于传统的Gr{ü}奈森理论的最小值，并占弹性常数的温度依赖性。我们得到了菱面体GeTe的结构参数随温度的变化，与实验结果非常吻合。特别是，我们正确地再现了负体积热膨胀附近的相变的GeTe。我们发现负热膨胀是由声学声子和软横光学声子之间的耦合引起的，这也是GeTe低晶格热导率的原因。
2018-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Umklapp Scattering and Heat Conductivity of Superlattices
估计了超晶格中声子的平均自由程。它被证明是强烈依赖于超晶格周期由于Umklapp散射的子带。随着超晶格周期的增加，它首先下降，直到它上升回到体值之后，它变得与后者相当。类似的行为是预期的热导率，这是成比例的平均自由程。
2000-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of semiconductor superlattices: Experimental study of interface scattering
本文测量了三种短周期（GaAs）_9（AlAs）_5超晶格的热导率。样品在不同的温度下生长，导致不同的小尺度粗糙度和加宽的接口。在室温下用差分3w方法测量交叉平面电导率。整体热导率变化的数量级与现有的理论模型一致，尽管实际变化小于预期。
2009-10-07 cond-mat.mtrl-sci
The thermal conductivity reduction in HgTe/CdTe superlattices
将以前计算GaAs/AlAs超晶格中声子色散引起的三倍热导率降低的方法应用于HgTe/CdTe超晶格。减小因子大致相同，表明该SL可用作光电探测器和热电冷却器两者。
2001-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Phonon coherence and minimum thermal conductivity in disordered superlattice
本文以 MoSe$_2$/WSe$_2$ 横向异质结构为模型，结合机器学习势分子动力学模拟，发现无序超晶格中同样存在声子相干性，并揭示晶格热导率随界面密度非单调变化且最小值位置受无序影响，从而将相干声子输运研究拓展到更一般结构。
2024-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Negative lateral conductivity of hot electrons in a biased superlattice
在紧束缚近似下研究了均匀电场作用下超晶格（等布居能级的偏置超晶格）中的非平衡电子分布，同时考虑了光学声子、声学声子和横向无序的散射.结果表明，面内动能的分布主要取决于布洛赫能量与光学声子能量的比值。计算了4.2K和20K温度下低掺杂结构的面内电导率。负电导率被发现对应于布洛赫声子共振条件的偏置电压。
2009-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Tunneling spin valves based on Fe$_3$GeTe$_2$/hBN/Fe$_3$GeTe$_2$ van der Waals heterostructures
薄的范德华（vdW）层状磁性材料揭示了实现具有新功能的vdW异质结构的可能性。在这里，我们报告的实现和调查的范德华异质结构的基础上隧穿自旋阀组成的原子级薄的hBN层作为隧道势垒和两个剥离的Fe 3GeTe 2晶体作为铁磁电极。低温反常霍尔效应测量表明，薄的Fe 3GeTe 2晶体是金属铁磁体，其易磁化轴垂直于层，并且在磁场值下具有非常尖锐的磁化切换，该值略微取决于它们的几何形状。在Fe 3GeTe 2/hBN/Fe 3GeTe 2异质结构中，我们观察到隧穿电阻的教科书行为，当两个电极中的磁化彼此平行（反平行）时，隧穿电阻最小（最大）。在低温下的磁电阻是160%，由此我们确定Fe 3GeTe 2的自旋极化为0.66，对应于83%和17%的多数和少数载流子，分别。测量结果还表明，随着温度的升高，从隧道磁电阻提取的自旋极化的演变是成比例的温度依赖性的磁化强度提取的异常霍尔电导率的分析。这表明，表面的磁性能是代表那些块体，因为它可能是预期的vdW材料。
2018-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Minimum Thermal Conductivity of Superlattices
计算了垂直于层的声子热导率。厚层的粒子输运与薄层的波输运之间存在交叉。计算表明，电导率有一个最小值的层厚度略小于声子的平均自由程。
1999-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Thermal transport in two-dimensional C3N/C2N superlattices: A molecular dynamics approach
纳米结构超晶格由于其良好的物理性质和可操作性而成为研究的热点。他们的目标是为新的电子和热电设备找到有前途的材料。本文采用非平衡分子动力学方法研究了二维C3 N/C2 N超晶格的热导率。我们分析了超晶格的热导率对总长度、温度以及热浴间温差的依赖关系。在超晶格周期为5.2nm时，最小热导率和声子平均自由程分别为23.2W/m·K和24.7nm。结果表明，在一定的总长度下，随着周期的增加，界面数减少，总热阻减小，系统的有效导热系数增加。我们发现，在长界面（Lx>80 nm），高频和低频声子散射在界面上，而在短界面，存在波干涉，降低了热导率。这两种效应的结合，即，波的干涉和界面散射是超晶格中存在最小热导率的原因。
2021-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Electrical properties of Bi-implanted amorphous chalcogenide films
研究了Bi离子注入对非晶硫系薄膜的电导率和热电势的影响。Bi在Ge-Sb-Te和GeTe中的结合导致增强的导电性。负的塞贝克系数证实了在2x 1016 cm-2的剂量下注入Bi的GeTe中的电子导电性的开始。增强的导电性是伴随着缺陷的积累，在膜注入后，通过使用空间电荷限制电流的分析推断。结果表明，离子注入可以使孤对半导体中的配位缺陷失活，而铋离子注入所产生的电活性缺陷则使薄膜具有更高的电导率。
2014-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of InAs/GaSb superlattice
用3ω方法测量了13 ~ 300 K范围内InAs/GaSb超晶格（T2 SL）的跨面热导率。热导率相对于GaSb块体衬底降低多达2个数量级。大约1-8 W/m \cdotK的低热导率可以作为低温下热电应用的优点，同时对T2 SL量子级联激光器和高功率发光二极管提出挑战。我们引入了幂律近似模型的非线性热导率，导致增加或减少的峰值温度为负或正的指数，分别。
2011-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Symmetry breaking and anomalous conductivity in a double moiré superlattice
双莫尔超晶格可以通过堆叠三层原子级薄的二维材料来实现，这些材料具有设计者的层间扭曲或晶格失配。在这种新颖的结构中，组成层的原子重构可以在小扭转角下对晶格对称性和电子结构进行显著修改。在这里，我们采用导电原子力显微镜（cAFM）研究扭曲的三层石墨烯的对称性破缺和局部电学性质。我们观察到清晰的双莫尔超晶格，在整个样品上有两个不同的莫尔周期。在大莫尔条纹的邻近区域，电流呈现出两重或六重旋转对称性，表明超出刚性模型的精细对称性破缺。此外，在较大莫尔条纹的“A-A”堆叠位置处出现异常电流，这与先前对扭曲双层石墨烯的观察相反。这两种行为都可以通过原子重构来理解，并且我们还表明，扭曲石墨烯样品的cAFM信号由尖端石墨烯接触电阻主导，该接触电阻定性地映射了扭曲石墨烯和金属尖端的局部功函数。我们的研究结果揭示了cAFM是一种有效的探针，可以可视化的原子重构和对称性破缺的新的莫尔超晶格，这可能会提供新的见解，探索和操纵更多的奇异量子态基于扭曲的范德华异质结构。
2022-04-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reduced thermal conductivity of TiNiSn/HfNiSn superlattices
导热系数的减小是热电研究中的一个重要方面。我们报告了一个系统的和显着的减少的跨平面热导率的模型系统组成的直流溅射TiNiSn和HfNiSn半Heusler超晶格。通过3 $ω$方法测量$κ$的减少，并且其来源于内部界面处的声子散射。基于玻尔兹曼输运理论计算了超晶格中的热输运，包括内部界面处声子的扩散失配模型。下至3 nm的超晶格周期性，超晶格组分之间的声子谱失配定量地解释了$κ$的减少。对于非常薄的单个层，界面模型破裂，并且人造晶体显示出增强的$κ$。我们还提出了一个增强的ZT值为所有研究的超晶格相比，单一的TiNiSn和HfNiSn薄膜。
2015-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Femtosecond structural transformation of phase-change materials far from equilibrium monitored by coherent phonons
诸如准二元GeTe-Sb $_{2}$ Te $_{3}$合金的多组分硫属化物广泛地用于可擦除光盘形式的光学数据存储介质中。Ge $_{2}$ Sb $_{2}$ Te $_{5}$（GST）尤其已被证明是性能最好的材料之一，其可靠性允许超过10个$^{6}$写入-擦除循环。尽管有这些工业应用，GST中快速相变的基本动力学仍然存在争议，并且关于最终速度限制的积极辩论仍在继续。在这里，我们探索超快结构转变的光激发GST超晶格，其中GeTe和Sb $_{2}$ Te $_{3}$空间分离，使用相干声子谱与泵浦-泵浦-探测序列。通过分析不同时间区域的相干声子谱，在GST超晶格（而不是GST合金）中观察到激发时的复杂结构动力学，这可以描述为来自两种不同配位环境的Ge位的混合。我们的研究结果表明，GST超晶格的超快开关器件的可能适用性。
2015-09-28 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Subamorphous thermal conductivity of crystalline half-Heusler superlattices
提高热电品质因数的探索主要遵循降低热导率同时保持材料的功率因数不变的路线图。理想地，需要电子晶体声子玻璃系统。在这项工作中，我们报告了一个非凡的减少跨平面的热导率在晶体（TiNiSn）：（HfNiSn）半Heusler超晶格。我们创建SL的热导率低于有效的非晶极限，这是保持在一个大的温度范围（120-300 K）。我们在室温下测量的热导率值低至0.75 W/（m K），迄今为止报道的半Heusler化合物的最低热导率值。通过改变沉积条件，我们还证明了超晶格的单段生长方式对热导率的影响很大。这些发现显示了热电发电机的巨大潜力，其中需要显著降低热导率，但不会失去系统的晶体质量。
2018-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Alloy-like behaviour of the thermal conductivity of non-symmetric superlattices
在这项工作中，我们显示了一个唯象的合金类拟合的热导率（A）d1：（B）d2超晶格d1 /= d2，即非对称结构。该方法是对合金化合物热膨胀系数之和的诺伯里规则的推广。也就是说，我们表明，这种方法也可以扩展到描述由两个或两个以上的元素组成的晶体和有序系统的热性质，并有一个潜在的更广泛的应用范围。利用这种近似，我们估计界面热阻取决于周期和形成超晶格结构的材料的比例
2017-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Mie Scattering of Phonons by Point Defects in IV-VI Semiconductors PbTe and GeTe
固体中的点缺陷，如空位和掺杂剂，常常引起大的热阻。由于点缺陷占据的晶格位置的尺寸比声子波长小得多，固体中点缺陷对热声声子的散射被广泛认为是瑞利散射类型。在这种传统的看法相反，使用从头算格林函数的方法，我们表明，在PbTe和GeTe的点缺陷的散射表现出米氏散射的散射率和高度不对称的散射相函数的频率依赖性较弱。这些不寻常的行为发生，因为点缺陷引起的应变场可以延伸到远大于晶格间距的长距离。由于散射相函数的不对称性，在300 K时，当空位分数为1%时，广泛使用的弛豫时间近似在预测晶格热导率时出现了约20%的误差。结果表明，Ⅳ-Ⅵ族半导体中点缺陷的声子散射不能用简单的动力学理论和瑞利散射相结合的方法来描述。
2020-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Anharmonic stabilization and lattice heat transport in rocksalt $β$-GeTe
Peierls-Boltzmann输运方程与三阶非谐晶格动力学计算相结合，已被广泛应用于块体晶体晶格热导率（$κ_{l}$）的模拟。然而，它的应用与结构相变在相对较高的温度下的材料从根本上受到挑战的晶格不稳定性（虚声子模式）的存在。此外，它的精度受到没有高于三阶声子散射过程的影响，这在德拜温度附近/以上是很重要的。在这封信中，我们提出了一个有效的方案，结合温度诱导的非谐声子重整化和四声子散射来解决这两个理论挑战。我们应用该方案研究了GeTe的晶格动力学和热输运性质，GeTe在700 K左右经历了从菱面体$α$ -GeTe到岩盐$β$ -GeTe的二级铁电相变.我们对高温相$β$ -GeTe在800 K的研究结果证实了温度效应对$β$ -GeTe稳定性的影响。我们发现，仅考虑三声子散射导致显著高估$κ_{l}$的3.8~W/mK在800 K，而包括四声子散射减少$κ_{l}$到1.7~W/mK，一个值与实验相当。为了探索进一步抑制$κ_{l}$的可能性，我们表明，将$β$与重阳离子如Pb和Bi合金化可以有效地将$κ_{l}$降低到约1.0 W/mK，而通过纳米结构化，样品尺寸需要在10 nm左右以实现$κ_{l}$的相当降低。
2018-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale Conductivity Imaging of Correlated Electronic States in WSe2/WS2 Moiré Superlattices
我们报道了利用微波阻抗显微镜对角取向WSe 2/WS 2异质结构中相关电子态的纳米电导成像。非接触式微波探头使我们能够观察到莫特绝缘状态与一个孔每个莫尔单位细胞，持续温度高达150 K，与其他表征技术一致。此外，我们确定第一次莫特绝缘状态在一个电子每个莫尔晶胞。在异质双层区域中直接可视化了相关态的明显不均匀性，这表明莫尔超晶格势或静电掺杂中存在局部紊乱。我们的工作提供了重要的见解二维莫尔系统下降到微观水平。
2020-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tuning Coherent-Phonon Heat Transport in LaCoO$_3$/SrTiO$_3$ Superlattices
在纳米结构的相干声子传播的制度开辟了巨大的可能性，以控制能量收集设备，声子电路等的热导率在本文中，我们表明，相干声子的贡献很大的LaCoO 3/SrTiO 3氧化物超晶格的热导率，室温。我们表明，它们的贡献可以通过超晶格周期性的小变化进行调谐，而不改变超晶格的总厚度。使用这种策略，我们在室温下将热导率调整了20%。我们还讨论了界面混合和外延弛豫作为一个外在的，材料依赖的关键参数理解氧化物超晶格的热导率的作用。
2021-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Phonon Dispersion Effects and the Thermal Conductivity Reduction in GaAs/AlAs Superlattices
利用精确的晶格动力学模型，对实验观察到的（GaAs）_n/（AlAs）_n（或n × n）超晶格（2x2）、（3x 3）和（6x6）结构的热导率沿生长轴的数量级减小进行了理论研究.由于超晶格的几何形状的声子色散关系的修改导致平坦的声子分支，因此较低的声子速度。这种效应被证明占的导热系数的三分之一的减少相对于体GaAs沿生长方向;其余的是可归因于声子寿命的减少。色散相关还原对温度（100 < T <300 K）和n相对不敏感。声子寿命的减少是最大的（2 × 2）结构和更大的界面散射一致。热导率的降低被证明是明显更敏感的GaAs/AlAs力常数的差异比那些与分子质量。
2000-05-01 cond-mat.mtrl-sci
ATiO$_{3}$/TiO (A=Pb, Sn) superlattice: bridging ferroelectricity and conductivity
我们建议在钙钛矿型的ATIO $_{3}$中插入TiO层形成超晶格，并使用第一性原理计算研究其基本性质。我们的计算分析表明，该结构，其中包括重复的ATiO_{3}和TiO层，具有很强的各向异性导电性。该结构立即表明其导电性的可能控制离子位移有关其固有的铁电性。此外，我们还借助声子计算获得了低能相的结构信息，并研究了它们随外延应变的演化。由于可能的组合数量巨大，因此我们提出了一种混合钙钛矿和更简单的金属氧化物的方法，以构建具有新特性的材料。
2020-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Designing graphene/hexagonal boron nitride superlattice monolayer with high thermoelectric performance
我们设计了一种石墨烯/六方氮化硼超晶格杂化单层膜，并利用密度泛函理论和Boltzmann输运方程研究了其热电性能，其中弛豫时间通过电子-声子耦合计算得到精确处理.与原始石墨烯相比，超晶格结构的晶格热导率降低了两个数量级以上，这是由于混合键特性引起的增强的三声子散射过程。此外，费米能级附近轻重带的共存导致了Z字形方向上的高功率因数，在1100 K时n型系统的ZT值最高可达~2.5.此外，应注意，价带最小值附近的载流子输运几乎完全由超晶格的石墨烯部分贡献。结果表明，适当的磷取代氮原子可以使p型系统的热电性能提高到与n型系统相当，这可以抑制晶格热导率，但对空穴输运几乎没有影响。
2019-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Sommerfeld-Bethe analysis of ZT in inhomogeneous thermoelectrics
本文利用Sommerfeld-Bethe公式分析GeTe和Mg3Sb2的电导率与塞贝克系数，揭示电子和声子对热导率的贡献，并发现晶粒尺寸和形状对κph及ZT有重要影响。
2025-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Coherent phonon transport and minimum of thermal conductivity in LaMnO$_3$/SrMnO$_3$ superlattices
本文研究了（LaMnO $_3$）$_n$ /（SrMnO $_3$）$_n$超晶格的热输运性质，其中超晶格周期为$Λ=2n$，介于$2$和$12$之间.实验数据的分析清楚地揭示了在$Λ=6$ u.c.下热导率$κ$的最小值。此外，我们从理论上估计声子平均自由程约为$3Λ$。这些发现清楚地表明，在室温附近的$\pm 100\,$ K的宽温度范围内，在我们的锰氧化物SL中的热传输是一致的。此外，我们证明了反铁磁序可以控制的相干程度。这打开了具有挑战性的角度主动控制相干传输相关的物质。
2021-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Equivariant graph neural network interatomic potential for Green-Kubo thermal conductivity in phase change materials
本研究利用E(3)-等变图神经网络势结合Green-Kubo方法，精确计算相变材料GeTe的热导率，并发现仅含三声子的玻尔兹曼方程会高估约2倍。
2024-03-15 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Weyl node assisted conductivity switch in interfacial phase change memory with van der Waals interfaces
界面相变存储器GeTe/Sb_2Te_3是下一代非易失性随机存储器的理想材料，具有良好的拓扑特性。根据GeTe块的原子层堆叠顺序，iPCM可以处于SET（Ge-Te-Ge-Te）或SET（Te-Ge-Ge-Te）状态，其中前者表现出比SET状态大两个数量级的铁电极化和电导率。但是，它的起源仍然难以捉摸。在这里，我们预测出现的Weyl半金属相的SET状态引起的铁电极化，打破了晶体反转对称性。我们发现，巨大的导电性增强的SET相是由于出现的无隙外尔节点。外尔半金属iPCM的Ge-Te-或Sb-Te-终端表面产生具有完全不同拓扑结构的表面态，其中前者仅由费米弧组成，而后者由封闭费米面和开放费米弧组成。具有范德华界面的iPCM为未来的存储器件应用提供了一个理想的平台，以利用奇异的外尔特性。
2017-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Beating the amorphous limit in thermal conductivity by superlattices design
在具有相同化学成分的无定形结构中测得的值通常被认为是任何材料热导率的下限：热载体因无序而强烈散射，其寿命达到热振动的最小时间尺度。然而，在纳米尺度上的适当设计可以允许甚至在非晶极限以下降低热导率。本文利用分子动力学模拟和Green-Kubo公式，通过调节表征层状声子材料（超晶格）的不同参数，系统地研究了这种结构的热导率。我们发现，达到低于非晶热导率的关键是几乎完全阻止热载流子，超晶格声子的传播。我们证明，在两个插入层中的大的质量差，或层之间的界面上的相互作用减弱，导致材料具有非常低的热导率，低于相应的无定形对应物的值。
2015-03-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Cross-plane thermal conductivity of GaN/AlN superlattices
由交替的GAN/AlN外延层组成的异质结构代表了用于主动冷却和节能闪电的最先进器件的构建块。深入了解这些结构的热传导对于改善未来应用的热管理至关重要。在这里，作为层的厚度的函数的GAN/AlN超晶格的交叉平面（垂直于样品的表面）的热导率通过采用$3ω$ -方法建立。此外，相互扩散的作用在界面上的声子散射被考虑在建模和数据处理。据发现，跨平面的外延异质结构的热导率可以被驱动到低至5.9 W/（m $\cdot$ K）的值与那些报道的非晶薄膜相媲美，从而打开广泛的前景，优化热管理III族氮化物为基础的外延多层膜。
2021-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Heat conduction of single-walled carbon nanotube isotope-superlattice structures: A molecular dynamics study
采用经典分子动力学模拟研究了单壁碳纳米管同位素超晶格的热传导。通过交替连接不同质量的单壁碳纳米管形成超晶格结构。在改变超晶格周期时，确定了具有最小有效热导率的临界值，其中主导物理从区带折叠效应切换到晶格界面的热边界电阻。用能量密度谱解释了交叉机制，其中可以清楚地观察到带折叠效应。结果表明，临界超晶格周期厚度取决于扩散弹道声子的平均自由程分布。超晶格结构的热导率的降低击败了一维合金结构的热导率，尽管最小热导率仍然略高于通过同位素的二维随机混合获得的值。
2006-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Predictive design and experimental realization of InAs/GaAs superlattices with tailored thermal conductivity
我们展示了一个从头计算的预测方法来计算不同的周期，厚度和组成的InAs/GaAs超晶格（SL）的热导率（$κ$）。我们的新的实验结果说明了这种方法可以产生很好的协议与实验时，现实的组成配置文件作为输入的理论模型。由于InAs的厚度比可以生长的固有限制，散装样SL显示其组成分布的细节有限的敏感性，但当考虑有限厚度的影响时，情况发生了显着变化。如果在生长过程中In的偏析可以最小化，SL具有显着更高的$κ$比具有相同的组成的随机合金将获得，与潜在的改善InAs/GaAs基器件的散热。
2017-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Assessment of the Thermal Conductivity of BN-C Nanostructures
六方氮化硼（h-BN）和石墨烯混合纳米结构中存在的化学和结构多样性为调整其技术应用的各种性质提供了新的途径。在本文中，我们研究了杂化石墨烯/h-BN纳米结构的热导率（$κ$）的变化：条纹超晶格和BN（石墨烯）点嵌入石墨烯（BN）使用平衡分子动力学研究。为了模拟这些系统，我们已经参数化的Tersoff型相互作用潜力，以重现从头算的B-C和N-C键的能量学研究出现在这些混合纳米结构的各种接口。我们证明，这两个接口的细节，包括精力充沛的稳定性和形状，以及在材料中的接口的间距施加强有力的控制这些系统的热导率。对于条形超晶格，我们发现锯齿形界面在平行于界面方向上产生的$κ$比扶手椅形界面高，而垂直方向的电导率不太容易受到界面细节的影响，并且受到h-BN的$κ$的限制。此外，具有锯齿形和扶手椅形混合界面的嵌入式点结构比超晶格更强烈地影响热输运性质。虽然点半径似乎对减少的幅度几乎没有影响，但我们发现点浓度（50%产生最大减少）和组成（嵌入的石墨烯点显示出比h-BN点更大的减少）具有显著影响。
2012-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of III-V semiconductor superlattices
本文提出了一个研究III-V族半导体超晶格各向异性热输运的半经典模型。有效界面均方根粗糙度是唯一可调参数。层内的热输运由弛豫时间近似中的玻尔兹曼输运方程描述，并且受相关散射机制（三声子、质量差、以及声子的掺杂剂和电子散射）以及通过有效界面散射率捕获的界面的漫散射的影响。面内热导率由并联连接的层热导率获得。跨平面热导率是从彼此串联的层热导率和与每个界面相关联的热边界阻力（TBRs）计算的; TBRs主导跨平面传输。每个界面的TBR是从通过在声学失配模型（AMM）和扩散失配模型（DMM）之间插值获得的透射系数计算的，其中AMM透射系数的权重是与通常用于描述扩散界面散射的有效界面均方根粗糙度相关的相同的波长相关镜面反射参数。该模型被应用到多个III-砷化物超晶格，结果是非常好的协议与实验结果。该方法简单、准确，易于实现，适用于量子级联激光器有源区等复杂的光致发光系统。它也适用于具有高质量界面和主要非相干声子输运的其他SL材料系统。
2015-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Origins of the anomalous Hall conductivity in the symmetry enforced Fe3GeTe2 nodal-line ferromagnet
本研究分析Fe₃GeTe₂的电子结构，发现其AHC主体不来自带隙节线，确定了AHC的三个关键来源，并指出电子掺杂可使AHC增加多达四倍。
2025-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Ultralow Thermal Conductivity of Isotope-Doped Silicon Nanowires
采用分子动力学（MD）模拟方法研究了硅纳米线的热导率.研究发现，在室温下，同位素缺陷可以使硅纳米线的热导率呈指数下降。当掺杂50%的同位素原子时，热导率达到最小值，约为纯28Si NW的27%。同位素超晶格结构的硅纳米线的热导率明显依赖于超晶格的周期。在1.09 nm的临界周期处，热导率仅为纯Si NW值的25%。当超晶格周期小于这个临界长度时，观察到热导率的异常增强。用声子谱理论解释了超晶格结构硅纳米线的超低热导率。
2007-12-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Effect of crystal field engineering and Fermi level optimization on thermoelectric properties of Ge$_{1.01}$Te: Experimental investigation and theoretical insight
这项研究显示了一种通过在阳离子位点上Ti和Bi共掺杂以及通过同时优化电子（通过晶体场工程和精确的费米能级优化）和热（通过点缺陷散射）传输特性来用Ge自掺杂来增强GeTe基材料的热电特性的方法。原始的GeTe由于本征Ge空位而具有高载流子浓度（$n$）、低塞贝克系数（$α$）和高热导率（$κ$）。Ge空位优化和晶体场工程导致经由过量Ge和Ti掺杂的增强的$α$，其通过经由Bi掺杂的能带结构工程进一步改善。由于提高了$α$和优化了费米能级（载流子浓度），Ti-Bi共掺Ge $_{1.01}$ Te获得了增强的功率因数（$α^2σ$）。这些实验结果也证明了理论计算的能带结构，和热电参数，分别使用密度泛函理论和Boltztrap计算。在300 K时，GeTe中Ti-Bi共掺杂的声子热导率（$κ_{ph}$）从$\sim$ 3.5 W.m $^{-1}$. K $^{-1}$显著降低到$\sim$ 1.06 W.m $^{-1}$ .K $^{-1}$，归因于质量和应变场波动引起的点缺陷散射，符合Debye-Callaway模型。声子色散的计算表明，在Ti-Bi共掺杂的GeTe的群速度下降，支持所获得的约化$κ_{ph}$。在本研究中使用的策略可以显着增加有效质量，优化载流子浓度，并降低声子热导率，同时实现了令人印象深刻的最大zT值为1.75，在773“，K和平均zT（$_{av}$）为1.…
2023-01-30 cond-mat.mtrl-sci
How phonon coherence develops and contributes to heat conduction in periodic and aperiodic superlattices
本研究通过原子级波包模拟发现，非周期性超晶格中无序界面间距使相干声子表现为非传播振动模式，导致能量漫散射传输，而周期性超晶格中相干声子可弹道传播，揭示了声子相干性对热传导的影响。
2024-12-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Compositionally-modulated Si1-xGex multilayers with cross-plane thermal conductivity below the thin-film alloy limit
我们描述的外延Ge/Si多层膜的跨平面的热导率，可以系统地降低到非常低的值，相比，无论是与体和薄膜SiGe合金的相同的平均浓度，通过简单地改变组成层的厚度。从头计算表明，部分相互扩散的Ge到Si的间隔，这自然会导致Ge偏析生长过程中，起着决定性的作用，降低导热系数低于可以实现没有相互扩散（完美的超晶格），或与总的相互扩散（合金限制）。这种现象类似于先前在具有嵌入式纳米颗粒的合金中观察到的现象，并且它强调了同时结合合金和纳米尺寸的散射体以最小化热导率的重要性。因此，我们的计算表明，超晶格与尖锐的界面，这是常见的，但难以实现，比成分调制的Si1-xGex多层膜在寻找超低热导率的材料。
2013-01-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant reduction of thermal conductivity in twinning superlattice InAsSb nanowires
本研究通过在III-V族半导体纳米线中引入周期性孪晶面构建孪晶超晶格结构，在保持电输运性质不变的前提下将热导率降低一个数量级，使ZT提升10倍，为高效热电能量收集提供了新型纳米材料。
2022-05-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Origins of minimized lattice thermal conductivity and enhanced thermoelectric performance in WS2/WSe2 lateral superlattice
基于实验制备的WS 2/WSe 2横向超晶格（LS）晶体，提出了一种提高二维过渡金属二硫属化物（TMDC）WS 2热电性能的结构策略.基于密度泛函理论结合玻尔兹曼输运方程，我们证明了单层WS 2的TE优值zT在形成WS 2/WSe 2 LS晶体时显著提高。这主要归因于由于增强的非谐过程而导致的几乎减半的晶格热导率。平行于（xx）和垂直于（yy）超晶格周期的电子输运性质对于p型和n型掺杂LS两者是高度对称的，这归因于电荷载流子的几乎各向同性的寿命。自旋-轨道效应导致导带的显著分裂，并导致三重简并子带和高态密度（DOS），这为获得高的n型Seebeck系数（S）提供了机会。有趣的是，单层WS 2中分离的简并子带和上导带形成了一个显著的阶梯状态密度，从而产生了更高的S。具有比电子高得多的迁移率的空穴载流子揭示了高的p型功率因数，并且在400 K下具有最佳zT超过1的良好p型TE材料的潜力。
2021-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Prominent phonon transmission across aperiodic superlattice through coherent mode-conversion
本文揭示了非周期超晶格中非相干声子模式可通过干涉转换为相干模式，从而实现跨越数百个界面的高透射和显著热导率，并提出通过层图案化或材料选择调控声子能带结构以实现精确热输运控制的策略。
2024-05-28 cond-mat.mtrl-sci
