The lower limit of thermal conductivity in multicomponent solutions of rare gas solids

Abstract

The isochoric thermal conductivity of Kr₀.₆₃Xe₀.₃₇ solid solution has been investigated for three samples with different molar volumes in the temperature range from 80 K to the onset of melting, as well as the thermal conductivity of the ternary (Kr₀.₆₃Ar₀.₁₈₅Xe₀.₁₈₅) and quaternary (Kr₀.₆₃Ar₀.₁₂Xe₀.₁₂(CH₄)0.₁₃) solid solutions. It is found that for multi-component alloys, the thermal conductivity reaches a minimum, whereby adding more impurity atoms in the solid solution does not affect the thermal conductivity in agreement with the recent nonequilibrium molecular dynamics calculations for argon. The phonon contribution to the total thermal conductivity depends significantly on molar volume of sample and impurity concentration, in contrast to the contribution of diffusive modes, which is practically independent of these factors.

Досліджено ізохорну теплопровідність твердого розчину Kr₀.₆₃Xe₀.₃₇ для трьох зразків з різними молярними об’ємами в інтервалі температур від 80 К до початку плавлення, а також теплопровідність потрійного (Kr₀.₆₃Ar₀.₁₈₅Xe₀.₁₈₅) та чотирьохкомпонентного (Kr₀.₆₃Ar₀.₁₂Xe₀.₁₂(CH₄)0.₁₃) твердих розчинів. Виявлено, що для багатокомпонентних розчинів теплопровідність досягає мінімуму, в результаті чого подальше додавання домішкових атомів в твердий розчин не впливає на теплопровідність відповідно до недавніх розрахунків з використанням методів нерівноважної молекулярної динаміки (NEMD) для аргону. Фононний внесок в теплопровідність істотно залежить від молярного об’єму зразка та концентрації домішки, на відміну від вкладу дифузних мод, який практично не залежить від цих чинників

Исследована изохорная теплопроводность твердого раствора Kr₀.₆₃Xe₀.₃₇ для трех образцов с разными молярными объемами в интервале температур от 80 К до начала плавления, а также теплопроводность тройного (Kr₀.₆₃Ar₀.₁₈₅Xe₀.₁₈₅) и четырехкомпонентного (Kr₀.₆₃Ar₀.₁₂Xe₀.₁₂(CH₄)0.₁₃) твердых растворов. Обнаружено, что для многокомпонентных растворов теплопроводность достигает минимума, в результате чего дальнейшее добавление примесных атомов в твердый раствор не влияет на теплопроводность в соответствии с недавними расчетами с использованием методов неравновесной молекулярной динамики (NEMD) для аргона. Фононный вклад в теплопроводность существенно зависит от молярного объема образца и концентрации примеси, в отличие от вклада диффузных мод, который практически не зависит от этих факторов.