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Lattice dynamics and elasticity in thermoelectric Mg2Si1-xSnx

Kolbes, Benedikt und de Boor, Johannes und Alatas, Ahmet und Hu, Michael Y. und Simon, Ronnie E. und Hermann, Raphaël P. (2019) Lattice dynamics and elasticity in thermoelectric Mg2Si1-xSnx. Physical Review Materials. American Physical Society. doi: 10.1103/PhysRevMaterials.3.025404. ISSN 2475-9953.

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Kurzfassung

Lattice dynamics and elastic constants in Mg2Si1−xSnx were investigated using resonant ultrasound spectroscopy, Mössbauer spectroscopy, nuclear inelastic scattering, and inelastic x-ray scattering. Increasing the Sn content x results in smaller elastic constants, lower Sn specific Debye temperature, lower speed of sound, and a softening of acoustic Sn specific phonons. However, close to band convergence at about x=0.6, the shear modulus is well below the expected value, which suggests a pronounced connection between band convergence and lattice dynamics in this system. Based on the determined speed of sound and average phonon group velocity, the importance of optical phonons for lattice thermal conductivity is discussed, as the significant reduction in both velocities would yield an implausibly low lattice thermal conductivity of only about 60% of the experimental value. Sn specific thermodynamic quantities calculated from the Sn specific density of phonon states substantiate the general softening of lattice vibrations upon substitution of Si by Sn. A major contribution to the vibrational entropy is thus due to Sn specific vibrational modes. The generalized density of phonon states in Mg2Si1−xSnx derived from inelastic x-ray scattering for one composition shows that vibrational modes related to lightweight Mg and Si set in above 12.5 meV, whereas Sn specific modes are concentrated around 11 meV.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/130584/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Lattice dynamics and elasticity in thermoelectric Mg2Si1-xSnx
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Kolbes, BenediktUniversity of Applied Sciences Bremerhaven, An der Karlstadt 8, 27568 Bremerhaven, Germany and Jülich Centre for Neutron Science JCNS and Peter Grünberg Institute PGI, JARA-FIT, Forschungszentrum Jülich GmbH, 52425 Jülich, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
de Boor, JohannesGerman aerospace center, institute of materials research, köln, germanyhttps://orcid.org/0000-0002-1868-3167NICHT SPEZIFIZIERT
Alatas, AhmetAdvanced Photon Source, Argonne National Laboratory, Argonne, Illinois 60439, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hu, Michael Y.Advanced Photon Source, Argonne National Laboratory, Argonne, Illinois 60439, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Simon, Ronnie E.Jülich Centre for Neutron Science JCNS and Peter Grünberg Institute PGI, JARA-FIT, Forschungszentrum Jülich GmbH, 52425 Jülich, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hermann, Raphaël P.Materials Science and Technology Division, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, Tennessee 37831, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:28 Februar 2019
Erschienen in:Physical Review Materials
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1103/PhysRevMaterials.3.025404
Verlag:American Physical Society
ISSN:2475-9953
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Lattice Dynamics; elasticity; thermoelectric; Mg2Si1−xSnx
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Systemtechnologien (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Thermoelektrische Materialien und Systeme
Hinterlegt von: Yasseri, Mohammad
Hinterlegt am:14 Nov 2019 17:45
Letzte Änderung:28 Feb 2020 03:00

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