Hydrostatic Pressure Tuning of Thermal Conductivity for PbTe and PbSe Considering Pressure-Induced Phase Transitions

静水压力 材料科学 热导率 流体静力平衡 相(物质) 相变 热的 电导率 凝聚态物理 热力学 复合材料 物理 量子力学
作者
Min Zhang,G.H. Tang,Yifei Li
出处
期刊:ACS omega [American Chemical Society]
卷期号:6 (5): 3980-3990 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acsomega.0c05907
摘要

Flexibly modulating thermal conductivity is of great significance to improve the application potential of materials. PbTe and PbSe are promising thermoelectric materials with pressure-induced phase transitions. Herein, the lattice thermal conductivities of PbTe and PbSe are investigated as a function of hydrostatic pressure by first-principles calculations. The thermal conductivities of both PbTe and PbSe in NaCl phase and Pnma phase exhibit complex pressure-dependence, which is mainly ascribed to the nonmonotonic variation of a phonon lifetime. In addition, the thermal transport properties of the Pnma phase behave anisotropically. The thermal conductivity of Pnma-PbTe is reduced below 1.1 W/m·K along the c-axis direction at 7-12 GPa. The mean free path for 50% cumulative thermal conductivity increases from 7 nm for NaCl-PbSe at 0 GPa to 47 nm for the Pnma-PbSe in the a-axis direction at 7 GPa, making it convenient for further thermal conductivity reduction by nanostructuring. The thermal conductivities of Pnma-PbTe in the c-axis direction and Pnma-PbSe in the a-axis direction are extremely low and hypersensitive to the nanostructure, showing important potential in thermoelectric applications. This work provides a comprehensive understanding of phonon behaviors to tune the thermal conductivity of PbTe and PbSe by hydrostatic pressure.
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