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Effect of rattling motion without cage structure on lattice thermal conductivity in LaOBiS$$_{2-x}$$Se$$_x$$

籠状構造をもたないLaOBiS$$_{2-x}$$Se$$_x$$における格子熱伝導率へのラットリングの効果

Lee, C. H.*; 西田 篤弘*; 長谷川 巧*; 西当 弘隆*; 國岡 春乃*; 河村 聖子; 中村 充孝; 中島 健次 ; 水口 佳一*

Lee, C. H.*; Nishida, Atsuhiro*; Hasegawa, Takumi*; Nishiate, Hirotaka*; Kunioka, Haruno*; Kawamura, Seiko; Nakamura, Mitsutaka; Nakajima, Kenji; Mizuguchi, Yoshikazu*

LaOBiS$$_{2-x}$$Se$$_x$$の低エネルギーフォノンを中性子非弾性散乱によって調べた。主にBi原子の振動に関連すると思われる分散のないフラットなフォノンが、比較的低いエネルギー$$E = 6 sim 6.7$$meVに観測された。このフォノンは、S原子よりも原子質量の大きいSeをドープし格子が膨張することによってソフト化する。同時に、Seドープにより格子熱伝導率が減少する。これらの結果は、LaOBiS$$_{2-x}$$Se$$_x$$が籠状構造を持たないにもかかわらず、Bi原子のラットリングが籠状化合物のラットリングのようにフォノンを散乱しうるということを示唆しており、それが熱電特性を向上させるのに寄与していると考えられる。

Low energy phonons in LaOBiS$$_{2-x}$$Se$$_x$$ are studied using inelastic neutron scattering. Dispersionless flat phonon branches that are mainly associated with a large vibration of Bi atoms are observed at a relatively low energy of $$E$$ = 6 - 6.7 meV. The phonon energy softens upon Se doping owing to its heavier atomic mass than S atom and the expansion of lattice constant. Simultaneously, the lattice thermal conductivity lowered upon Se doping as the same manner of the phonon softening. These suggest that despite the lack of an oversized cage in LaOBiS$$_{2-x}$$Se$$_x$$, rattling motions of Bi atoms can scatter phonon like rattling in cage compounds, contributing to enhance the thermoelectric property.

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パーセンタイル:6.81

分野:Physics, Applied

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