凝聚态物理 > 材料科学
[提交于 2022年1月3日
]
标题: 固态到液态行为的铜在超离子Cu₂X(X=S,Se)中的扩散:非弹性中子散射和从头算分子动力学研究
标题: Solid-like to Liquid-like Behavior of Cu Diffusion in Superionic Cu2X (X=S, Se): An Inelastic Neutron Scattering and Ab-Initio Molecular Dynamics Investigation
摘要: Cu2Se和Cu2S是具有大扩散系数的超离子导体的良好模型体系,据报道它们表现出不同的固-液-like铜离子扩散。 在本文中,我们通过温度依赖的从头算分子动力学(AIMD)模拟和非弹性中子散射(INS)实验澄清了这些化合物的原子动力学。 使用动态结构因子和Van-Hove关联函数,我们研究了跳跃时间、跳跃长度分布和相关的扩散系数。 在500 K的立方Cu2Se中,我们发现类似固体的扩散,铜跳跃长度与晶体中约3{\AA }的第一邻近铜-铜距离相匹配,并且有明确的涉及铜振动的光学声子。 在700 K以上,跳跃长度分布呈现出以4{\AA }为中心的宽峰,覆盖了第一和第二邻近晶格距离,并且铜声子态密度同时展宽。 此外,在900 K以上,铜扩散接近液态-like,铜原子的分布连续连接晶体位点,而涉及铜运动的振动模式高度阻尼,尽管仍未完全阻尼,如液体中那样。 在低温下,类似固体的扩散与之前的X射线衍射和非弹性中子散射实验一致,而高温下液态-like扩散的观察结果与之前的AIMD模拟一致。 我们还报告了在六方和立方超离子相中的Cu2S的AIMD模拟,并分别在低温和高温下观察到类似固体和液态的扩散。 计算的离子电导率与报道的实验值基本一致。
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