ТЕМПЕРАТУРНІ ЗАЛЕЖНОСТІ УСЕРЕДНЕНИХ ГРУПОВИХ ШВИДКОСТЕЙ АКУСТИЧНИХ ФОНОНІВ У ПЛОСКИХ НАНОПЛІВКАХ ДИЙОДИДУ СВИНЦЮ

Анотація

Унікальні властивості квазідвовимірних структур на основі шаруватого напівпровідника – дийодиду свинцю – роблять їх привабливими для створення новітніх пристроїв наноелектроніки. На даний час розроблено низку технологій отримання квазідвовимірних структур на основі дийодиду свинцю та накопичено великий обсяг результатів експериментального дослідження їхніх властивостей. Проте, робіт, присвячених теоретичному опису явищ і процесів, що мають місце у таких структурах, досить мало. Зокрема, мало вивченим залишається питання ролі акустичних фононів у формуванні характерних властивостей названих структур. Мета даної роботи полягала в теоретичному дослідженні температурних залежностей середніх групових швидкостей акустичних фононів у наноплівках дийодиду свинцю різної товщини. Методами класичної динаміки атомів кристалічної ґратки в наближенні пружного континууму розраховані значення частот і групових швидкостей акустичних фононів у гексагональній квазідвовимірній кристалічній структурі – наноплівці дийодиду свинцю (політип 2H-PbI2). Обчислення проведені з використанням раніше вста- новлених нами аналітичних залежності законів дисперсії цих величин для кожної з мод акустичних фононів усіх можливих поляризації: зсуву (shear), згину (flexural) та розтягу (dilatational) . Подальше усереднення групових швидкостей виконане методами квантової статистики з використанням функції розподілу фононних станів за частотами у 2D-структурі та розподілу Бозе-Ейнштейна. Таким чином уперше виконано дослідження температурних залежностей середніх швидкостей фононів кожної з указаних поляризацій для різних наборів значень параметра N – кількості шарових пакетів 2H-PbI2 у нано-плівці, який визначає її товщину. Показано, що зміною температури та товщини наноплівки можна суттєво змінювати швидкість поширення в ній фононів кожної з поляризацій. Зокрема, зменшенням товщини наноплівки дийодиду свинцю можна досягти зменшення групової швидкості фононів shear-поляризації – у рази, а SA- та AS-поляризацій – в десятки разів. Температурні зміни швидкостей поширення фононів нелінійні – в області низьких температур (нижче 150, 90 і 50 K для фононів SA-, AS- та shear-поляризації, відповідно) їх значення стрімко зростають при збільшення температури, а при більш високих – практично не залежать від неї. Результати даного дослідження можуть бути використані для створення термоелектричних пристроїв на основі наноплівок 2H-PbI2 з бажаними властивостями, оскільки швидкість теплових потоків, що визначається швидкістю поширення акустичних фононів, регулюється відповідним підбором їх товщини.