Расчёт: изотопно чистый карбид германия GeC даёт 1018 Вт·м⁻¹·К⁻¹ при комнатной температуре
Расчёт с учётом трёх- и четырёхфононного рассеяния даёт кубическому GeC теплопроводность выше 1000 Вт·м⁻¹·К⁻¹; молекулярная динамика согласуется. Это теория, без образца.
Авторы препринта arXiv · препринт, который ещё не прошёл рецензирование, сообщают о расчётной решёточной теплопроводности 1018 Вт·м⁻¹·К⁻¹ при комнатной температуре для изотопически чистого кубического карбида германия (GeC). Значение получено решением уравнения переноса Больцмана с учётом трёх- и четырёхфононных взаимодействий. По словам авторов, его подтверждает моделирование методом молекулярной динамики arxiv.org
arXiv · препринтarxiv.orgОткрыть источник ↗.
Результат теоретический: измерений на синтезированном кристалле в работе нет.
Зачем нужна высокая теплопроводность
Авторы отмечают, что тепловые потоки в современной электронике приближаются к 1000 Вт·см⁻², а для их отвода нужны материалы с теплопроводностью выше 1000 Вт·м⁻¹·К⁻¹. Таких материалов немного, среди них алмаз и изотопически обогащённый кубический нитрид бора. Для кубического арсенида бора (BAs) при учёте только трёхфононного рассеяния предсказывали исключительное значение. Четырёхфононные процессы снижали его при комнатной температуре, а измерения на монокристаллах BAs дали результат ниже трёхфононного прогноза. Прежнее исследование GeC тоже учитывало лишь трёхфононное рассеяние arxiv.org
arXiv · препринтarxiv.orgОткрыть источник ↗.
Механизмы и метод
По данным авторов, высокое значение в GeC создают два эффекта: сильное изотопное увеличение на 289% и умеренное подавление всего на 22% за счёт четырёхфононного рассеяния. Последнее верно, хотя у GeC, как и у BAs, между акустическими и оптическими ветвями фононов широкая щель. Авторы связывают это с трёхфононным рассеянием, усиленным правилами отбора. Плоские оптические зоны GeC усиливают акустико-оптические взаимодействия, а относительно слабое сближение акустических ветвей поддерживает рассеяние между тремя акустическими фононами arxiv.org
arXiv · препринтarxiv.orgОткрыть источник ↗.
Силовые постоянные при конечной температуре получены методом sTDEP на суперъячейке из 1024 атомов, по силам из теории функционала плотности (VASP, энергия обрезания плоских волн 600 эВ). Скорости рассеяния и теплопроводность рассчитаны пакетом FourPhonon. Для независимой проверки авторы применили молекулярную динамику методом однородной неравновесной динамики arxiv.org
arXiv · препринтarxiv.orgОткрыть источник ↗.
Авторы также изучили гидростатическое давление. При повышенных температурах теплопроводность изотопически обогащённого GeC изменяется с давлением немонотонно, что не следует обычной формуле Лейбфрида-Шлёманна arxiv.org
arXiv · препринтarxiv.orgОткрыть источник ↗.
