Vacancy-induced phonon localization and lattice softening for reduced thermal conductivity in Mg 3 Sb 2

声子 热电效应 热导率 凝聚态物理 材料科学 热电材料 晶体缺陷 软化 格子(音乐) 热的 工作(物理) 均方位移 空位缺陷 声子散射 电阻率和电导率 原子间势
作者
Sheng Zhang,Jinbao Zhang,Lu Ren,Yaohua Shao,Weiyi Yan,Meng Tian,Kunling Peng,Ping Lin,Yunzhen Du
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:28 (1): 565-572 被引量:1
标识
DOI:10.1039/d5cp03757c
摘要

With the natural abundance, low cost, and compatibility with sustainable technologies, Mg3Sb2 has emerged as a promising mid-temperature thermoelectric material. Intrinsic point defects, particularly vacancies, are common in Mg3Sb2 and play a crucial role in shaping its thermoelectric properties, guiding experimental design and performance optimization. However, their impact on lattice thermal conductivity (κL) remains insufficiently understood. This work investigates the effects of Mg and Sb vacancies on the κL of Mg3Sb2 using a neural network potential (NNP). Our results show that both types of vacancies significantly reduce κL, primarily due to enhanced phonon-defect scattering. Comprehensive analyses of phonon dispersion, group velocities, mean square displacement (MSD), the phonon participation ratio (PPR), and elastic properties demonstrate that vacancies trigger pronounced phonon softening, slow down phonon transport, and promote strong localization, while simultaneously amplifying atomic vibrations and weakening interatomic bonding. This work clarifies the microscopic mechanisms by which point defects affect phonon transport and identifies defect engineering as an effective strategy for controlling thermal properties in thermoelectric materials.
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