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Y3Al5O12的热输运性质的第一性原理研究

刘铖铖 曹全喜

Y3Al5O12的热输运性质的第一性原理研究

刘铖铖, 曹全喜
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  • 基于密度泛函微扰理论(DFPT)结合模守恒赝势方法进行晶格动力学模拟.得到了钇铝石榴石(YAG)的声子态密度、分波声子态密度和声子的色散谱.利用第一Brillouin区的特殊点取样方法,计算了YAG的比热容和布局数平均的声子群速度.在非谐相互作用下,利用Fermi黄金公式结合第一Brillouin区的特殊点取样方法,得出了YAG非谐声子平均自由程.综合考虑了两种声子散射机制,得到了YAG陶瓷的热导率.结果表明,对于YAG陶瓷,在低温时,晶界散射将对热阻起主要作用;在高于一定温度时,三声子相互作用对热阻的贡献将占主导地位.同时也从理论上证明了Sato等提出的在室温以上,YAG陶瓷与单晶的热导率的差异可以忽略的观点.所得到的热导率、比热容随温度的变化与实验结果很好地符合.
    [1]

    [1]Fields R C,Birnhaum M,Fincher L 1987 Appl. Phys. Lett. 51 1885

    [2]

    [2]Li S M,Huang W L 2005 Theory and Design of Laser Devices (2th) (Beijing: National Defense Industry Press) p179 (in Chinese) [李适民、黄维玲 2005 激光器件原理与设计(第二版)(北京:国防工业出版社)第179页]

    [3]

    [3]Koechner W 2006 Solid State Laser Engineering (6th Ed.) (Berlin: Springer) p55

    [4]

    [4]Liu C,Ge J H,Xiang Z,Chen J 2008 Acta Phys. Sin. 57 1704 (in Chinese) [刘崇、 葛剑虹、项震、陈军 2008 物理学报 57 1704]

    [5]

    [5]Song X L,Guo Z,Li B B,Wang S Y,Cai D F,Wen J G 2009 Acta Phys. Sin. 58 1700 (in Chinese) [宋小鹿、过振、李兵斌、王石语、蔡德芳、文建国 2009 物理学报 58 1700]

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    [6]Tang B,Shu X J,Chen F L 2005 High Power Laser Part. Beams 17 71 (in Chinese) [唐兵、束小建、陈发良 2005 强激光与粒子束 17 71]

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    [9]

    [9]Hurrell J P,Porto S P S,Chan I F,Mirta S S,Bauman P 1968 Phys. Rev. 173 851

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    ]Stoddart P R,Ngoepe P E,Mjwara P M,Comis J D,Saunders G A 1993 J. Appl. Phys. 73 7298

    [11]

    ]Srivastava G P 1990 The Physics of Phonons (Bristol: Adam Hilger)

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    ]Baroni S,Gironcoli S,Corso A D,Giannozzi P 2001 Rev. Mod. Phys. 73 515

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    ]Kohn W,Sham L J 1965 Phys. Rev. 140 A1133

    [14]

    ]Perdew J P,Chevary J A,Vosko S H,Jackson K A,Pederson M R,Singh D J 1992 Phys. Rev. B 46 6671

    [15]

    ]Monkhorst H J,Park J D 1976 Phys. Rev. B 13 5188

    [16]

    ]AlShaikhi A,Srivastava G P 2007 Phys. Rev. B 76 195205

    [17]

    ]Yogurtcu Y K,Miller A J,Saunders G A 1980 J. Phys. C 13 6585

    [18]

    ]Euler F,Bruce J A 1965 Acta Crystallogr. 19 971

    [19]

    ]Sato Y,Akiyama J,Taira T 2009 Opt. Mater. 31 720

    [20]

    ]Ziman J M 1960 Electrons and Phonons (Oxford: Clarendon)

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出版历程
  • 收稿日期:  2009-07-15
  • 修回日期:  2009-08-11
  • 刊出日期:  2010-02-05

Y3Al5O12的热输运性质的第一性原理研究

  • 1. 西安电子科技大学技术物理学院,西安 710071

摘要: 基于密度泛函微扰理论(DFPT)结合模守恒赝势方法进行晶格动力学模拟.得到了钇铝石榴石(YAG)的声子态密度、分波声子态密度和声子的色散谱.利用第一Brillouin区的特殊点取样方法,计算了YAG的比热容和布局数平均的声子群速度.在非谐相互作用下,利用Fermi黄金公式结合第一Brillouin区的特殊点取样方法,得出了YAG非谐声子平均自由程.综合考虑了两种声子散射机制,得到了YAG陶瓷的热导率.结果表明,对于YAG陶瓷,在低温时,晶界散射将对热阻起主要作用;在高于一定温度时,三声子相互作用对热阻的贡献将占主导地位.同时也从理论上证明了Sato等提出的在室温以上,YAG陶瓷与单晶的热导率的差异可以忽略的观点.所得到的热导率、比热容随温度的变化与实验结果很好地符合.

English Abstract

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