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氮化镓在高温高压下的声子热力学与弹性行为

DOI：10.1103/PhysRevB.98.214105 期刊：Physical Review B 出版年份：2018 更新时间：2025-09-09 09:28:46
摘要： 计算了纤锌矿和闪锌矿结构GaN中温度与压力对声子的影响。准谐近似(QHA)在零压条件下能合理预测声子态密度随温度的变化关系，但对温度与压力的联合作用预测可靠性不足。研究发现压力会改变显性非简谐性，从而影响声子的热位移，并更显著地定性改变声子寿命随温度升高的演化规律。这些效应在光学模中最为明显，而约5THz以下的声子频率可用QHA进行合理预测?；?K下弹性常数随压力的变化，计算了两种结构GaN的弹性各向异性。其弹性各向异性随压力增大直至在40GPa(闪锌矿)和65GPa(纤锌矿)出现弹性失稳。计算所得失稳点与闪锌矿GaN向岩盐相转变的路径相符，并为纤锌矿和闪锌矿GaN保持亚稳态的压力上限提供了依据。
作者： Jane E. Herriman，Olle Hellman，Brent Fultz
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究温度和压力对纤锌矿和闪锌矿结构中GaN声子的影响，并计算0 K下GaN弹性各向异性随压力的变化。

研究成果

该研究表明，由于光学声子模式的三声子下散射频道的减少，压力决定了温度对光学声子寿命改变的程度。研究发现，在纤锌矿和闪锌矿结构的氮化镓中，弹性各向异性均随压力增加而增强，在40吉帕（闪锌矿）和65吉帕（纤锌矿）时出现弹性失稳，为这两种相态可能存在的亚稳态上界提供了依据。

研究不足

准谐近似（QHA）在零压条件下对声子态密度温度依赖性的预测结果合理，但对温度与压力共同作用的预测可靠性不足。该研究同时指出，有必要针对目标高温高压条件开展热导率计算。

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