Thermal switching across the ultrafast amorphous to crystalline transition in Sc0.2Sb2Te3

非谐性 无定形固体 相变 材料科学 格子(音乐) 晶体结构 亚稳态 分子动力学 物理 结晶学 凝聚态物理 热力学 化学 量子力学 声学
作者
Chen Wang,Yue Chen
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:110 (21) 被引量:1
标识
DOI:10.1103/physrevb.110.214202
摘要

Tuning thermal energy transport via solid-state structure manipulation is a challenge and of vital technological importance in energy-related devices. Herein, we provide microscopic insights into the correlations among atomic motions, anharmonic lattice dynamics, and thermal switch across the ultrafast amorphous-to-crystalline transition in a promising subnanosecond phase-change material (PCM) ${\mathrm{Sc}}_{\text{0.2}}{\mathrm{Sb}}_{\text{2}}{\mathrm{Te}}_{\text{3}}$. We show a reversible octahedron-heptagon reconfiguration related to the Sc-centered atomic motifs with a slight distortion during the phase transition, which is responsible for the exceptional recrystallization kinetics. Our combined density fluctuations analysis with classical hydrodynamic theory demonstrates a jump of thermal conductivity $(\ensuremath{\kappa})$ with the highest predicted switch ratio of 2.4 accompanied by the order-disorder transition, corresponding to the octahedral alignment of Te atoms with an increased long-range translational symmetry. Our unified lattice dynamical approach rationalizes the $\ensuremath{\kappa}$ evolution by linking Te-dominated anharmonic lattice dynamics and thermal switching, which is further benchmarked by the heat-flux-independent, nonequilibrium simulations. These results provide physical insights into PCM's complex atomic dynamics and thermal switch mechanism.
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