Планарные дефекты в кремнии как способ описания явного ангармонизма его высокотемпературных термодинамических свойств

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Кремний незаменим в полупроводниковой промышленности. Понимание его высокотемпературных термодинамических свойств важно как для теории, так и для приложений. Однако первопринципное описание высокотемпературных термодинамических свойств кремния (коэффициента теплового расширения и удельной теплоемкости) все еще является неполным. Сильное отклонение его удельной теплоемкости при высоких температурах от закона Дюлонга - Пти предполагает существенный вклад эффектов ангармонизма. Показано, что ангармонизм в основном обусловлен двумя поперечными фононными модами, распространяющимися в направлениях (111) и (100), и может быть количественно описан в предположении образования определенного типа наноструктурированных плоских дефектов кристаллической структуры. Приведен расчет энергии образования этих дефектов и определен их вклад в удельную теплоемкость и коэффициент теплового расширения. Этот вклад оказывается значительно большим, чем тот, который рассчитан в квазигармоническом приближении.

Об авторах

М. В. Кондрин

Институт физики высоких давлений Российской академии наук

Email: mkondrin@hppi.troitsk.ru

Ю. Б. Лебедь

Институт ядерных исследований Российской академии наук

В. В. Бражкин

Институт физики высоких давлений Российской академии наук

Список литературы

  1. L. Landau, L. Pitaevskii, and E. Lifshitz, Statistical Physics, Course of Theoretical Physics, Pergamon Press, Oxford (1980).
  2. C. A. Swenson, J. Phys. Chem. Ref. Data 12, 179 (1983).
  3. M. Born and E. Brody, Z. Physik 6, 132 (1921).
  4. D. C. Wallace, Phys. Rev. 139, A877 (1965).
  5. R. A. Cowley, Rep. Progr. Phys. 31, 123 (1968).
  6. D. Gerlich, B. Abeles, and R. E. Miller, J. Appl. Phys. 36, 76 (1965).
  7. P. D. Desai, J. Phys. Chem. Ref. Data 15, 967 (1986).
  8. K. Yamaguchi and K. Itagaki, J. Therm. Anal. Calorimetry 69, 1059 (2002).
  9. L. Maissel, J. Appl. Phys. 31, 211 (1960).
  10. H. Watanabe, N. Yamada, and M. Okaji, Int. J. Thermophys. 25, 221 (2004).
  11. B. N. Dutta, Phys. Stat. Sol. (b) 2, 984 (1962).
  12. Y. Okada and Y. Tokumaru, J. Appl. Phys. 56, 314 (1984).
  13. R. B. Roberts, J. Phys. D: Appl. Phys. 14, L163 (1981).
  14. B. Grabowski, L. Ismer, T. Hickel et al., Phys. Rev. B 79, 134106 (2009).
  15. D. S. Kim, O. Hellman, J. Herriman et al., Proc. Nat. Acad. Sci. 115, 1992 (2018).
  16. M. Kondrin, Y. Lebed, and V. Brazhkin, Diamond Relat. Mater. 110, 108114 (2020).
  17. M. V. Kondrin, Y. B. Lebed, and V. V. Brazhkin, Phys. Rev. Lett. 126, 165501 (2021).
  18. M. Kondrin, Y. Lebed, and V. Brazhkin, Phys. Stat. Sol. (b) 259, 2100463 (2022).
  19. А. И. Савватимский, С. В. Онуфриев, УФН 190, 1085 (2020)
  20. A. I. Savvatimskii and S. V. Onufriev, Phys. Usp. 63, 1015 (2020).
  21. A. Savvatimskiy, S. Onufriev, and A. Kondratyev, Carbon 98, 534 (2016).
  22. A. M. Kondratyev and A. D. Rakhel, Phys. Rev. Lett. 122, 175702 (2019).
  23. J. Vanhellemont, A. K. Swarnakar, and O. V. der Biest, ECS Transactions 64, 283 (2014).
  24. В. А. Гончарова, Е. В. Чернышева, Ф. Ф. Воронов, ФTT 25, 3680 (1983).
  25. D. S. Kim, H. L. Smith, J. L. Niedziela et al., Phys. Rev. B 91, 014307 (2015).
  26. S. Wei, C. Li, and M. Y. Chou, Phys. Rev. B 50, 14587 (1994).
  27. C. Wang, J. Gu, X. Kuang et al., Z. Naturforschung A 70 (2015); https://dx.doi.org/10.1515/zna-2015-0027.
  28. A. R. Oganov and C. W. Glass, J. Chem. Phys. 124, 244704 (2006).
  29. Q. Li, Y. Ma, A. R. Oganov et al., Phys. Rev. Lett. 102, 175506 (2009).
  30. C. He, L. Sun, C. Zhang et al., Sol. St.Commun. 152, 1560 (2012).
  31. J. P. Goss, P. R. Briddon, R. Jones et al., Phys. Rev. B 73, 115204 (2006).
  32. V. L. Deringer, G. Cs'anyi, and D. M. Proserpio, Chem. Phys. Chem. 18, 873 (2017).
  33. P. Giannozzi, O. Andreussi, T. Brumme et al., J. Phys.: Condens. Matter 29, 465901 (2017).
  34. T. Bj¨orkman, Comp. Phys.Commun. 182, 1183 (2011).
  35. L. Balogh, G. Rib'arik, and T. Ung'ar, J. Appl. Phys. 100, 023512 (2006).
  36. T. R. Hart, R. L. Aggarwal, and B. Lax, Phys. Rev. B 1, 638 (1970).
  37. P. C. Trivedi, H. O. Sharma, and L. S. Kothari, J. Phys. C: Sol. St. Phys. 10, 3487 (1977).
  38. В. А. Грешняков, Письма в ЖЭТФ 117, 306 (2023)
  39. V. A. Greshnyakov, JETP Lett. 117, 306 (2023).
  40. J. Men'endez and M. Cardona, Phys. Rev. B 29, 2051 (1984).
  41. A. Debernardi, S. Baroni, and E. Molinari, Phys. Rev. Lett. 75, 1819 (1995).
  42. S. Klotz, J. M. Besson, M. Braden et al., Phys. Rev. Lett. 79, 1313 (1997).
  43. В. В. Бражкин, С. Г. Ляпин, И. А. Троян и др., Письма в ЖЭТФ 72, 279 (2000)
  44. V. V. Brazhkin, S. G. Lyapin, I. A. Trojan et al., JETP Lett. 72, 195 (2000).

© Российская академия наук, 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах