Комплексное экспериментальное и теоретическое исследование кристаллов KIn5S8: колебательные и термодинамические свойства
Russian Scientific Foundation, 24-73-00009
Панкрушина Е.А.
1, Рогинский Е.М.
2, Чареев Д.А.
3, Ильин Г.С.
4, Вотяков С.Л.
11Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и геохимии им. академика А.Н. Заварицкого УрО РАН, Екатеринбург, Россия
2Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия
3Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт экспериментальной минералогии им. академика Д.С. Коржинского РАН, Черноголовка, Россия
4Федеральное государственное бюджетное учреждение науки ФИЦ КНЦ РАН, Апатиты, Россия
Email: lizaveta.94@list.ru, e.roginskii@mail.ioffe.ru, charlic@mail.ru, grinart7@gmail.com, vsl.yndx@yandex.ru
Поступила в редакцию: 23 декабря 2025 г.
В окончательной редакции: 6 января 2026 г.
Принята к печати: 14 января 2026 г.
Выставление онлайн: 20 февраля 2026 г.
Экспериментально и теоретически, в рамках теории функционала плотности, изучены структурные и динамические свойства кристалла KIn5S8. Рентгеноструктурный анализ позволил уточнить структурные параметры кристаллической фазы с пространственной группой C2/m (N 12), при этом квантово-химические расчеты предсказывают сосуществование трех низкотемпературных фаз, а именно P-1 (N 2), P21 (N 4), P21/c (N 14). В рамках квазигармонического приближения для KIn5S8 при 300 K, получены значения коэффициента температурного расширения (3.90·10-5 K-1) и модуля объемной упругости (37.23 GPa). Также была определена температура Дебая thetaD, что позволило оценить, с помощью эмпирической формулы Слака-Морелли, величину решеточной теплопроводности, обусловленной фонон-фононным взаимодействием, которая составила kappa_L=0.41 W/(mK) при 300 K. Впервые, экспериментально получены (в том числе in situ) и проанализирована температурная и барическая зависимость спектров комбинационного рассеяния KIn5S8. Выявлено сильное проявление ангармонизма колебательных мод в центре зоны Бриллюэна, что указывает на перспективность использования кристаллов KIn5S8 в сфере фононной инженерии ангармоничности. Ключевые слова: КРС, DFT, халькогениды, ангармонизм, теплопроводность.
- J.P. Heremans. Nature Phys. 11, 990 (2015)
- R. Mittal, M. Gupta, S. Chaplot. Prog. Mater. Sci. 92, 360 (2018)
- C.W. Li, J. Hong, A.F. May, D. Bansal, S. Chi, T. Hong, G. Ehlers, O. Delaire. Nature Phys. 11, 1063 (2015)
- B. Wei, Q. Sun, C. Li, J. Hong. Sci. China Phys. Mech. Astron. 64, 117001 (2021)
- M. Christensen, A.B. Abrahamsen, N.B. Christensen, F. Juranyi, N.H. Andersen, K. Lefmann, J. Andreasson, C.R. Bahl, B.B. Iversen. Nature Mater. 7, 811 (2008)
- M. Balkanski, R. Wallis, E. Haro. Phys. Rev. B 28, 1928 (1983)
- H.-J. Pang, L.-C. Chen, Z.-Y. Cao, H. Yu, C.-G. Fu, T.-J. Zhu, A.F. Goncharov, X.-J. Chen. J. Appl. Phys. 124, 135102 (2018)
- B. Karki, R.D. Wentzcovitch, S. De Gironcoli, S. Baroni. Science 286, 1705 (1999)
- A. Erba, M. Shahrokhi, R. Moradian, R. Dovesi. J. Chem. Phys. 142, 204501 (2015)
- A.M. Medina-Gonzalez, P. Yox, Y. Chen, M.A. Adamson, B.A. Rosales, M. Svay, E.A. Smith, R.D. Schaller, K. Wu, A.J. Rossini et al. Chem. Mater. 34, 7357 (2022)
- H. Yu, L.-C. Chen, H.-J. Pang, P.-F. Qiu, Q. Peng, X.-J. Chen. Phys. Rev. B 105, 245204 (2022)
- M.D. Ward, E.A. Pozzi, R.P. Van Duyne, J.A. Ibers. J. Solid State Chem. 212, 191 (2014)
- V. Winkler, M. Schlosser, A. Pfitzner, Z. Anorg. Allg. Chem. 641, 549 (2015)
- H.-Y. Zeng, M.-J. Zhang, B.-W. Liu, N. Ye, Z.-Y. Zhao, F.-K. Zheng, G.-C. Guo, J.-S. Huang. J. Alloys Compd. 624, 279 (2015)
- K. Feng, D. Mei, L. Bai, Z. Lin, J. Yao, Y. Wu. Solid State Sci. 14, 1152 (2012)
- L. Isaenko, I. Vasilyeva, A. Merkulov, A. Yelisseyev, S. Lobanov. J. Cryst. Growth 275, 217 (2005)
- L. Isaenko, A. Yelisseyev, S. Lobanov, V. Petrov, F. Rotermund, G. Slekys, J.-J. Zondy. J. Appl. Phys. 91, 9475 (2002)
- L. Isaenko, A. Yelisseyev, S. Lobanov, A. Titov, V. Petrov, J.-J. Zondy, P. Krinitsin, A. Merkulov, V. Vedenyapin, J. Smirnova. Cryst. Res. Technol. 38, 379 (2003)
- V. Atuchin, L. Isaenko, V. Kesler, S. Lobanov. J. Alloys Compd. 497, 244 (2010)
- X. Lin, G. Zhang, N. Ye. Cryst. Growth Des. 9, 1186 (2009)
- J. Yao, D. Mei, L. Bai, Z. Lin, W. Yin, P. Fu, Y. Wu. Inorg. Chem. 49, 9212 (2010)
- J. Yao, W. Yin, K. Feng, X. Li, D. Mei, Q. Lu, Y. Ni, Z. Zhang, Z. Hu, Y. Wu. J. Cryst. Growth 346, 1 (2012)
- D. Mei, W. Yin, L. Bai, Z. Lin, J. Yao, P. Fu, Y. Wu. Dalton Trans. 40, 3610 (2011)
- M.-Y. Kim, W.-T. Kim, M.-S. Jin, S.-A. Park, S.-H. Choe, C.-I. Lee, S.-C. Hyun, C.-D. Kim. J. Phys. Chem. Solids 64, 625 (2003)
- B. Tagiev, S. Abushov, O. Tagiev. J. Appl. Spectrosc. 77, 115 (2010)
- Y. Begum, S. Khan, A.H. Reshak, A. Laref, Z. Amir, G. Murtaza, J. Bila, M.R. Johan, T.H. Al-Noor. Int. J. Energy Res. 45, 4014 (2021)
- D. Friedrich. Synthese, Strukturchemie, Eigenschaften und Hochtemperaturverhalten neuer Chalkogenogallate der schweren Alkalimetalle, диссертация (2018)
- H. Deiseroth. Z. Kristallogr. 177, 307 (1986)
- H. Deiseroth, C. Reiner. Z. Anorg. Allg. Chem. 624, 1839 (1998)
- A. Jain, S.P. Ong, G. Hautier, W. Chen, W.D. Richards, S. Dacek, S. Cholia, D. Gunter, D. Skinner, G. Ceder et al. APL Mater. 1, 011002 (2013)
- Д.А. Чареев. Кристаллография 61, 475 (2016)
- Д.А. Чареев, О.С. Волкова, Н.В. Герингер, А.В. Кошелев, А.Н. Некрасов, В.О. Осадчий, О.Н. Филимонова. Кристаллография 61, 652 (2016)
- V. Petvri vek, M. Duvsek, L. Palatinus. Z. Kristallogr. 229, 345 (2014)
- X. Chen, B. Zhao, T. Tang, X. Yin, R. Li, D. Han. J. Chem. Thermodyn. 163, 106592 (2021)
- G. Kresse, J. Hafner. Phys. Rev. B 49, 14251 (1994)
- G. Kresse, J. Furthmuller. Comput. Mater. Sci. 6, 15 (1996)
- J.P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof. Phys. Rev. Lett. 77, 3865 (1996)
- P.E. Blochl. Phys. Rev. B 50, 17953 (1994)
- G. Kresse, D. Joubert. Phys. Rev. B 59, 1758 (1999)
- H.J. Monkhorst, J.D. Pack. Phys. Rev. B 13, 5188 (1976)
- M. Ferrero, M. Rerat, B. Kirtman, R. Dovesi. J. Chem. Phys. 129, 244110 (2008)
- R. Dovesi, A. Erba, R. Orlando, C.M. Zicovich-Wilson, B. Civalleri, L. Maschio, M. Rerat, S. Casassa, J. Baima, S. Salustro, B. Kirtman. WIREs Comput. Mol. Sci. 8, e1360 (2018)
- M.F. Peintinger, D.V. Oliveira, T. Bredow. J. Comput. Chem. 34, 451 (2013)
- J.P. Perdew, A. Ruzsinszky, G.I. Csonka, O.A. Vydrov, G.E. Scuseria, L.A. Constantin, X. Zhou, K. Burke. Phys. Rev. Lett. 100, 136406 (2008)
- A. Togo, L. Chaput, T. Tadano, I. Tanaka. J. Phys.: Condens. Matter 35, 353001 (2023)
- A. Togo, I. Tanaka. Scripta Mater. 108, 1 (2015)
- Е.М. Рогинский, Ю.Ф. Марков, А.И. Лебедев. ЖЭТФ 155, 5, 855 (2019)
- Е.М. Рогинский, А.В. Савин, Е.А. Панкрушина. ФТТ 67, 5, 823 (2025)
- G.H. Wolf, R. Jeanloz. J. Geophys. Res. 89, 7821 (1984)
- N.P. Salke, M. Gupta, R. Rao, R. Mittal, J. Deng, X. Xing. J. Appl. Phys. 117, 155901 (2015)
- Y. Joshi, M. Tiwari, G. Verma. Phys. Rev. B 1, 642 (1970)
- P. Klemens. Phys. Rev. 148, 845 (1966)
- F. Cerdeira, F. Melo, V. Lemos. Phys. Rev. B 27, 7716 (1983)
- E. Sarantopoulou, C. Raptis, S. Ves, D. Christofilos, G. Kourouklis. J. Phys.: Condens. Matter 14, 8925 (2002)
- L.-C. Chen, Z.-Y. Cao, H. Yu, B.-B. Jiang, L. Su, X. Shi, L.-D. Chen, X.-J. Chen. Appl. Phys. Lett. 113, 251902 (2018)
- I.R. Amaral, D.M. Vasconcelos, A.G. Souza Filho, V.V. Oliveira, R.S. Alencar, A.S. de Menezes, R.L. Lobato, L.A. Montoro. J. Raman Spectrosc. 54, 781 (2023)
- G. Lucazeau. J. Raman Spectrosc. 34, 478 (2003)
- R. Zallen, E. Conwell. Solid State Commun. 31, 557 (1979)
- G.A. Slack. J. Phys. Chem. Solids 34, 321 (1973)
- D.T. Morelli, G.A. Slack. High Lattice Thermal Conductivity Solids. In: Shinde, S.L., Goela, J.S. (eds) High Thermal Conductivity Materials. Springer, New York (2006). P. 37--68