Вышедшие номера
Влияние вакансий германия на решеточную теплопроводность GeTe
Российский научный фонд, 25-42-00053
Пшенай-Северин Д.А. 1, Шарнас М.Р. 1,2, Бурков А.Т. 1
1Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия
2Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Россия
Email: d.pshenay@mail.ru
Поступила в редакцию: 13 октября 2026 г.
В окончательной редакции: 19 октября 2026 г.
Принята к печати: 22 октября 2026 г.
Выставление онлайн: 16 ноября 2026 г.

Теллурид германия является перспективным среднетемпературным термоэлектриком благодаря сочетанию хороших электронных транспортных свойств и сравнительно низкой решеточной теплопроводности. К особенностям материала относится высокое содержание вакансий германия, которые могут образовывать вакансионные плоскости. В настоящей работе методом обратной неравновесной молекулярной динамики с использованием потенциала машинного обучения исследовано влияние случайно расположенных вакансий и вакансионных плоскостей на решеточную теплопроводность ромбоэдрического GeTe при комнатной температуре. При случайном расположении вакансий с концентрацией 1.5-3 at.% расчетная величина теплопроводности снижается в 2-3 раза по сравнению с бездефектным кристаллом. При упорядочении вакансий в плоскости, перпендикулярные тригональной оси, распределение температуры вдоль теплового потока изменяется. На нем появляются скачки температуры в местах расположения вакансионных плоскостей, соответствующие локализованному тепловому сопротивлению около 2·10-8 m^2·K/W. Моделирование для такой слоистой структуры, соответствующей концентрации вакансий в 3 at.%, дало значение эффективной теплопроводности примерно в 3 раза меньше, чем при случайном расположении вакансий с той же концентрацией. Наличие температурного скачка было воспроизведено в тестовом моделировании с первопринципным расчетом межатомных сил. Ослабление связей между атомными слоями теллура по обе стороны вакансионной плоскости подтверждается расчетом эффективных межплоскостных силовых постоянных. Полученные результаты показывают, что пространственное распределение вакансий существенно влияет на перенос тепла в GeTe. Ключевые слова: теллурид германия, решеточная теплопроводность, вакансионные плоскости, тепловое сопротивление, обратная неравновесная молекулярная динамика.
  1. Л.В. Прокофьева, Ю.И. Равич, Д.А. Пшенай-Северин, П.П. Константинов, А.А. Шабалдин. ФТП 46, 889 (2012). [L.V. Prokofieva, Yu.I. Ravich, D.A. Pshenay-Severin, P.P. Konstantinov, A.A. Shabaldin. Semiconductors 46, 866 (2012)]
  2. W.-D. Liu, D.-Zh. Wang, Q. Liu, W. Zhou, Z. Shao, Zh.-G. Chen. Adv. Energy Mater. 10, 2000367 (2020)
  3. M. Li, X.-L. Shi, Zh.-G. Chen. Adv. Funct. Mater. 34, 2403498 (2024)
  4. K. Aryana, C.C. Popescu, H. Sun, K. Aryana, H.J. Kim, M. Julian, M.R. Islam, C.A. Rios Ocampo, T. Gu, J. Hu, P.E. Hopkins. Adv. Mater. 37, 2414031 (2025)
  5. D. Campi, L. Paulatto, G. Fugallo, F. Mauri, M. Bernasconi. Phys. Rev. B 95, 024311 (2017)
  6. Д.А. Пшенай-Северин, А.А. Шабалдин, П.П. Константинов, А.Т. Бурков. ФТП 55, 1144 (2021). [D.A. Pshenay-Severin, A.A. Shabaldin, P.P. Konstantinov, A.T. Burkov. Semiconductors 56, 2116 (2022)]
  7. Y. Xia, M.K.Y. Chan. Appl. Phys. Lett. 113, 193902 (2018)
  8. D. Dangic, O. Hellman, S. Fahy, I. Savic. npj Comput Mater 7, 57 (2021)
  9. M. Ghim, Y.-J. Choi, S.-H. Jhi. Phys. Rev. B 107, 184301 (2023)
  10. M. Hong, Y. Wang, W. Liu, S. Matsumura, H. Wang, J. Zou, Zh.-G. Chen. Adv. Energy Mater. 8, 1801837 (2018)
  11. U.D. Wdowik, K. Parlinski, S. Rols, T. Chatterji. Phys. Rev. B 89, 224306 (2014)
  12. J.J. Behler. Chem. Phys. 145, 170901 (2016)
  13. G.C. Sosso, G. Miceli, S. Caravati, J.J. Behler, M. Bernasconi. Phys. Rev. B 85, 174103 (2012)
  14. G. Kresse, J. Furthmuller. Phys. Rev. B 54, 11169 (1996)
  15. G. Kresse, D. Joubert. Phys. Rev. B 59, 1758 (1999)
  16. J.P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof. Phys. Rev. Lett. 77, 3865 (1996)
  17. A.P. Thompson, H.M. Aktulga, R. Berger, D.S. Bolintineanu, W.M. Brown, P.S. Crozier, P.J. Veld, A. Kohlmeyer, S.G. Moore, T.D. Nguyen, R. Shan, M.J. Stevens, J. Tranchida, C. Trott, S.J. Plimpton. Computer Physics Communications 271, 108171 (2022)
  18. H. Wang, L. Zhang, J. Han, E. Weinan. Comput. Phys. Commun. 228, 178 (2018)
  19. J. Zeng, D. Zhang, D. Lu, P. Mo, Z. Li, Y. Chen, M. Rynik, L. Huang, Z. Li, S. Shi, Y. Wang, H. Ye, P. Tuo, J. Yang, Y. Ding, Y. Li, D. Tisi, Q. Zeng, H. Bao, Y. Xia, J. Huang, K. Muraoka, Y. Wang, J. Chang, F. Yuan, S.L. Bore, C. Cai, Y. Lin, B. Wang, J. Xu, J.-X. Zhu, C. Luo, Y. Zhang, R.E.A. Goodall, W. Liang, A.K. Singh, S. Yao, J. Zhang, R. Wentzcovitch, J. Han, J. Liu, W. Jia, D.M. York, W.E.R. Car, L. Zhang, H. Wang. J. Chem. Phys. 159, 054801 (2023)
  20. J. Zeng, D. Zhang, A. Peng, X. Zhang, S. He, Y. Wang, X. Liu, H. Bi, Y. Li, C. Cai, C. Zhang, Y. Du, T.J. Giese, W. Jia, B. Xu, D.M. York, L. Zhang, H. Wang. J. Chem. Theory Comput. 21, 4375 (2025)
  21. A. Togo, L. Chaput, I. Tanaka. Phys. Rev. B 91, 094306 (2015)
  22. A. Togo. J. Phys. Soc. Jpn. 92, 012001-1-21 (2023)
  23. E. Steigmeier, G. Harbeke. Solid State Commun. 8, 1275 (1970)
  24. J. Chen, M. Weinert, M. Chen. Comput. Phys. Commun. 312, 109614 (2025)
  25. F. Muller-Plathe. J. Chem. Phys. 106, 6082 (1997)
  26. D. Campi, D. Donadio, G. C. Sosso, J. Behler, M. Bernasconi. J. Appl. Phys. 117, 015304 (2015)
  27. S. Grimme. J. Comput. Chem. 27, 1787 (2006).