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Soft Phonon Mode Triggering Fast Ag Diffusion in Superionic Argyrodite Ag$_8$GeSe$_6$

Shen, Xingchen 1; Koza, Michael Marek; Tung, Yung-Hsiang; Ouyang, Niuchang; Yang, Chun-Chuen; Wang, Chen; Chen, Yue; Willa, Kristin 1; Heid, Rolf 1; Zhou, Xiaoyuan; Weber, Frank ORCID iD icon 1
1 Institut für QuantenMaterialien und Technologien (IQMT), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

The structural coexistence of dual rigid and mobile sublattices in superionic Argyrodites yields ultralow lattice thermal conductivity along with decent electrical and ionic conductivities and therefore attracts intense interest for batteries, fuel cells, and thermoelectric applications. However, a comprehensive understanding of their underlying lattice and diffusive dynamics in terms of the interplay between phonons and mobile ions is missing. Herein, inelastic neutron scattering is employed to unravel that phonon softening on heating to T$_c$ ≈ 350 K triggers fast Ag diffusion in the canonical superionic Argyrodite Ag$_8$GeSe$_6$. Ab initio molecular dynamics simulations reproduce the experimental neutron scattering signals and identify the partially ultrafast Ag diffusion with a large diffusion coefficient of 10$^{−4}$ cm$^{−2}$ s$^{−1}$. The study illustrates the microscopic interconnection between soft phonons and mobile ions and provides a paradigm for an intertwined interaction of the lattice and diffusive dynamics in superionic materials.


Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000161740
Veröffentlicht am 31.08.2023
Originalveröffentlichung
DOI: 10.1002/smll.202305048
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Zitationen: 3
Dimensions
Zitationen: 4
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für QuantenMaterialien und Technologien (IQMT)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsjahr 2023
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 1613-6810, 1613-6829
KITopen-ID: 1000161740
HGF-Programm 47.11.02 (POF IV, LK 01) Emergent Quantum Phenomena
Erschienen in Small
Verlag John Wiley and Sons
Band 19
Heft 49
Seiten Art.-Nr.: 2305048
Vorab online veröffentlicht am 18.08.2023
Schlagwörter fast diffusion, neutron scattering, soft phonons, superionic argyrodites, thermoelectrics
Nachgewiesen in Dimensions
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