Switch of Thermal Expansions Triggered by Itinerant Electrons in Isostructural Metal Trifluorides

等结构 化学 电子 热的 金属 无机化学 结晶学 热力学 有机化学 晶体结构 量子力学 物理
作者
Fenghua Qin,Xiaoying Wang,Lei Hu,Ning Jia,Zhibin Gao,Umut Aydemir,Jun Chen,Xiangdong Ding,Jun Sun
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:61 (51): 21004-21010 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.2c03499
摘要

Manageable thermal expansion (MTE) of metal trifluorides can be achieved by introducing local structure distortion (LSD) in the negative thermal expansion ScF3. However, an open issue is why isostructural TiF3, free of LSD, exhibits positive thermal expansion. Herein, a combined analysis of synchrotron X-ray diffraction, X-ray pair distribution function, and rigorous first-principles calculations was performed to reveal the important role of itinerant electrons in mediating soft phonons and lattice dynamics. Metallic TiF3 demonstrates itinerant electrons and a suppressed Grüneisen parameter γ ≈ -20, while insulating ScF3 absence of itinerant electrons has a considerable γ ≈ -120. With increasing electron doping concentrations in ScF3, soft phonons become hardened and the γ is repressed significantly, identical to TiF3. The presented results update the thermal expansion transition mechanism in framework structure analogues and provide a practical approach to obtaining MTE without inducing sizable structure distortion.

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