Contribution of optical phonons in lattice thermal conductivity of NaCl

Summary

The contribution of optical phonons to the heat transfer and in acoustic-phonon scattering has been discussed in detail for the lattice thermal conductivity of sodium chloride with a realistic vibrational spectrum. Restriction has been made to the relaxation time approximations only. The group velocity of optical phonons is found comparable to the slope of acoustic phonons, so that the effect of optical phonons is not negligibly small. It is seen that optical phonons are more important in long-wave acoustic-phonon scattering than in short-wave scattering. The presence of the optic part in the spectrum makes the frequencydependent relaxation time τ(ω) at high temperatures quite different than usually assumed. While the contribution of optical phonons is only about one third of the total thermal conductivity by heat transfer, processes with participating optical phonons become dominant in several phonon group scatterings. It is observed that, if neglecting the contribution of optical phonons to total thermal conductivity leads to a quantitative error, neglecting the optical branches in scattering processes may qualitatively affect the frequency and temperature dependence of t.

Riassunto

Si è discusso in dettaglio il contribute dei fononi ottici al trasferimento di calore e nello scattering dei fononi acustici per la conduttività termica reticolare del cloruro di sodio con uno spettro vibrazionale realistico. Ci si è limitati alle sole approssimazioni del tempo di rilassamento. Si è trovato che la velocità di gruppo dei fononi ottici è confrontabile con la pendenza dei fononi acustici, cosicché l’effetto dei fononi ottici non è trascurabilmente piccolo. Si vede che i fononi ottici sono più importanti nello scattering dei fononi acustici a onda lunga che nello scattering a onda corta. La presenza della parte ottica nello spettro rende il tempo di rilassamento τ(ω) dipendente dalla frequenza ad alta temperatura piuttosto differente da come si assume di solito. Mentre il contributo dei fononi ottici è solo circa un terzo della conduttività termica totale per trasferimento di calore, i processi con fononi ottici partecipanti divengono dominanti in molti scattering di gruppi di fononi. Si osserva che, se traseurare il contributo dei fononi ottici alla conduttività termica totale porta a un errore quantitativo, traseurare i rami ottici nei processi di scattering può influenzare qualitativamente la dipendenza di τ dalla frequenza e dalla temperatura.