Selective breakdown of phonon quasiparticles across superionic transition in CuCrSe2

非谐性 物理 声子 凝聚态物理 准粒子 热传导 热导率 声子散射 相变 散射 量子力学 超导电性
作者
J. L. Niedziela,Dipanshu Bansal,Andrew F. May,Jingxuan Ding,Tyson Lanigan-Atkins,G. Ehlers,D. L. Abernathy,Ayman Said,Olivier Delaire
出处
期刊:Nature Physics [Springer Nature]
卷期号:15 (1): 73-78 被引量:101
标识
DOI:10.1038/s41567-018-0298-2
摘要

Superionic crystals exhibit ionic mobilities comparable to liquids while maintaining a periodic crystalline lattice. The atomic dynamics leading to large ionic mobility have long been debated. A central question is whether phonon quasiparticles—which conduct heat in regular solids—survive in the superionic state, where a large fraction of the system exhibits liquid-like behaviour. Here we present the results of energy- and momentum-resolved scattering studies combined with first-principles calculations and show that in the superionic phase of CuCrSe2, long-wavelength acoustic phonons capable of heat conduction remain largely intact, whereas specific phonon quasiparticles dominated by the Cu ions break down as a result of anharmonicity and disorder. The weak bonding and large anharmonicity of the Cu sublattice are present already in the normal ordered state, resulting in low thermal conductivity even below the superionic transition. These results demonstrate that anharmonic phonon dynamics are at the origin of low thermal conductivity and superionicity in this class of materials. Neutron and X-ray scattering studies combined with first-principles calculations suggest that the large, liquid-like ionic mobility in the canonical superionic crystal CuCrSe2 is due to anharmonic phonon dynamics.
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