Low Energy Shear Vibrations of Sb2 Bilayer Driving Ultralow Lattice Thermal Conductivity in Homologous (Sb2)m(Sb2Te3)n

材料科学 热导率 同系序列 双层 剪切(地质) 凝聚态物理 格子(音乐) 结晶学 晶格振动 声子 复合材料 冶金 化学 物理 生物 遗传学 声学
作者
Subarna Das,Shuva Biswas,Anita Gemmy Francis,Paribesh Acharyya,Raju K. Biswas,Anustoop Das,J. Ghatak,Swapan K. Pati,Kanishka Biswas
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:15 (33) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/aenm.202500688
摘要

Abstract Achieving ultralow lattice thermal conductivity (κ L ) in topological quantum materials with understanding of its origin poses a formidable challenge in material design. Members of the (Sb 2 ) m (Sb 2 Te 3 ) n (m, n: integers) homologous series, Sb 2 Te 3 , SbTe, Sb 2 Te, and Sb 4 Te 3 , exhibit natural van der Waals‐like heterostructure and maintain topologically protected surface states. This offers a unique platform for probing the modulation of κ L in conjunction with their local structure and lattice dynamics. We focus on three distinct members, SbTe, Sb 2 Te, and Sb 4 Te 3 , distinguished by different stacking sequences of Sb 2 bilayers (BLs) and Sb 2 Te 3 quintuple layers. Synchrotron X‐ray pair distribution function analysis reveals notable local structural signatures, distinguishing each compound. We observe a systematic κ L reduction across the series along layered stacking direction, with Sb 4 Te 3 exhibiting the lowest κ L (≈0.29 W m −1 K −1 at 300 K) due to enhanced phonon scattering from superlattice‐like heterostructure induced by BLs, while Sb 2 Te 3 having no BL retains the highest κ L (≈0.87 W m −1 K −1 at 300 K). Phonon modes dominated by low‐energy shearing vibrations of Sb 2 BLs couple with acoustic phonons, reducing phonon group velocity and suppressing heat transport. This study underscores the interplay of structural modularity and low‐energy selective lattice vibrations in achieving ultralow κ L in topological quantum materials.
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