四元硫族化合物Cu(Cd, Zn)2InTe4低热导率的原子尺度成因
具有本征低晶格热导率(𝒦)的晶态半导体对于热障涂层和热电等器件应用至关重要。实验表明,CuCd₂InTe₄和CuZn₂InTe₄等四元硫族化合物半导体表现出低𝒦特性,但其微观机理仍不甚明晰。本研究通过结合Peierls机制(粒子状传播,𝒦P)与相干机制(波状隧穿,𝒦C)的第一性原理统一框架,分析了其热输运机制。研究揭示费米能级下方的扩展反键态会增强声子非谐性,并强烈散射载热声子模式,从而抑制该类材料的热导率。分析表明𝒦P主导总热导率,而即使存在强声子非谐性,𝒦C贡献仍可忽略。相较于CuZn₂InTe₄,CuCd₂InTe₄中较重的Cd离子引发更显著的声-光声子重叠与散射效应,使前者热导率进一步降低。实际样品中的晶界散射也会额外抑制热输运。该工作阐明了四元硫族化合物低热导率的原子尺度起源,为设计低热导率半导体提供了理论依据。