Intrinsic localized mode and low thermal conductivity of PbSe
铅硫族化合物如PbS、PbSe和PbTe由于其优异的热电性能和强非谐晶格动力学而受到关注。虽然PbTe受到了最多的关注，但PbSe尽管更硬，但具有较低的热导率，这是现有的第一性原理计算没有再现的趋势。在这里，我们使用从头计算，明确占强非谐性，以确定这种低热导率的起源作为一个巨大的非谐相互作用，超过强度，在碲化铅，横向光学和纵向声学分支之间。强烈的非谐性反映在声学频率中形成的固有局域模式的显著观察中。我们的工作显示了对热声子的深入了解，可以从从头计算中获得，不限于弱非谐性的限制。
2016-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio calculations of the thermoelectric figure of merit, within the relaxation time approximation
Université de Lorraine（洛林大学）；VASP Software GmbH（VASP软件有限公司）；National Institute for Materials Science (NIMS)（物质材料研究国立研究所）；University of Vienna（维也纳大学）
本研究提出基于VASP和phono3py的从头算框架，结合有限位移法与电子-声子、声子-声子相互作用计算热电优值，在多种材料上验证了有效性，并分析了缺陷和交换关联泛函对结果的影响。
2025-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Thermal physics of the lead chalcogenides PbS, PbSe, and PbTe from first principles
铅硫族化物代表了一个重要的功能材料家族，特别是由于PbTe的基准高温热电性能。最近的一些研究，实验和理论，旨在收集洞察其独特的晶格动力学和电子结构。然而，大多数的第一性原理建模已在固定的温度下进行，并一直没有全面和系统的计算研究温度对材料性能的影响。我们报告了对PbS、PbSe和PbTe性质的温度依赖性的比较晶格动力学研究，特别关注与热电性能相关的那些，即声子频率、晶格热导率和电子能带结构。计算是在准谐波近似下进行的，包括声子-声子相互作用的多体微扰理论，用于计算声子寿命和预测的晶格热导率。结果与实验数据和其他计算进行了严格的比较，并为正在进行的PbX化合物在高温下与Pb的偏心有关的研究增加了新的见解，这与声子软化有关。与实验的一致性表明，这种方法可以作为一个简单的，强大的和普遍适用的手段，从第一性原理研究材料性质的温度依赖性。
2014-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Limit of zT enhancement in rock-salt structured chalcogenides by band convergence?
岩盐结构的硫族化合物，如PbTe、PbSe和SnTe，是中温热电应用的最佳候选者，并且它们的p型热电效率可以通过对齐价带来提高。在这里，我们提供了全面的数值研究能带收敛对电子性质的影响。我们发现，额外的价带确实可以显着提高功率因数。然而，额外的价带也可以增加电子热导率，这部分地抵消了整体品质因数的增强的功率因数。最后，我们预测，PbTe，PbSe和SnTe的最大优值可以达到2.2，1.8和1.6，re-birth，而不依赖于晶格热导率的降低。
2016-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric properties of lead chalcogenide core-shell nanostructures
我们提出了完整的热电特性的纳米结构的散装PbTe和PbTe-PbSe样品制备胶体核壳纳米粒子，然后放电等离子体烧结。在这两种材料中发现了一个异常大的热电势，并讨论了能量过滤的可能性，而不是作为解释的晶界散射。德拜温度的降低和摩尔比热的增加与最近对纳米结构材料的预测是一致的。在这些结果的基础上，我们提出了合适的核-壳材料的组合，为未来的热电材料的大电导率的组合，通过能量过滤增加热电。
2012-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Closed-loop Error Correction Learning Accelerates Experimental Discovery of Thermoelectric Materials
University of Toronto（多伦多大学）；King Abdullah University of Science and Technology (KAUST)（阿卜杜拉国王科技大学）
针对热电材料探索空间大、掺杂与合成路径复杂的难题，提出结合历史数据与实验反馈的闭环纠错学习方法，发现新型高性能PbSe:SnSb热电材料，且实验效率较传统高通量机器学习搜索提升多达3倍。
2023-02-26 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Native Pb vacancy defects induced p-type characteristic in epitaxial monolayer PbSe
本研究结合实验与理论，发现Au(111)上外延单层PbSe的两类本征缺陷中，Pb空位会使费米能级移入价带产生空穴，诱导p型特性，为相关器件研究提供参考。
2023-08-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical investigation of thermoelectric topological crystalline insulator Pb$_{0.77}$Sn$_{0.23}$Se
Pb $_{0.77}$ Sn $_{0.23}$ Se是由PbSe和SnSe两种有前途的热电材料组成的新型合金，在300 K以下表现出温度依赖的带反转。最近的工作表明，这种能带反转也符合平凡到非平凡的拓扑相变。为了理解热电效率的关键属性如何受到能带反转的影响，我们测量了Pb $_{0.77}$ Sn $_{0.23}$ Se的宽带光学响应作为温度的函数。我们发现明确的光学证据的带反转在$160\pm15$ K，并使用扩展的Drude模型，以准确地确定一个$T^{3/2}$依赖的体载流子寿命，与电声声子散射。由于高的体载流子掺杂水平，没有发现拓扑表面状态的区别签名，尽管它们的存在不能从我们的数据中排除。
2014-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Multivalley 3D Electronic Structure of PbSe from Soft-X-Ray ARPES and First-Principles Calculations
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；International Research Centre MagTop, Institute of Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院物理研究所磁顶国际研究中心）；National Technical University “KhPI”（哈尔科夫国立理工大学）；Paul Scherrer Institut（保罗谢尔研究所）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步辐射中心）；University of Pittsburgh（匹兹堡大学）
本研究结合软X射线ARPES与第一性原理计算，揭示了PbSe的多谷三维价带结构，验证了HSE和QPGW方法的高精度，并强调准确能带对热电性能预测的关键作用。
2026-09-21 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
The role of ionized impurity scattering on the thermoelectric performances of rock salt AgPbmSnSe2+m
本文报道了具有岩盐结构的AgPbmSnSe ~（2+）m（m = +，100，50，25）多晶样品的成功合成和性质。在160 K和400 K之间，该系统中的载流子的主要散射过程从PbSe中的声学声子散射到AgPbmSnSe 2 +m中的电离杂质散射，这协同优化了电和热输运性质。由于AgSnSe 2的微弱量，塞贝克系数通过提高散射因子而增强，电导率通过增加空穴浓度而改善，空穴浓度的增加与其迁移率的有限降低相耦合，并且总热导率通过抑制双极热导率而降低。因此，AgPbmSnSe 2 +m（m = 50）的ZT在889 K时达到1.3。这项研究中提出的机制为改善其他系列材料的热电性能开辟了新的途径。
2016-04-13 cond-mat.mtrl-sci
First-principles analysis of intravalley and intervalley electron-phonon scattering in thermoelectric materials
将电子从一个谷或带散射到另一个谷或带的谷间碰撞可能对具有多个谷/带的材料中的热电性能有害。本文采用密度泛函理论研究了三种铅硫族化合物（PbS，PbSe，PbTe）和三种半Heusler（ScNiBi，ScPdSb，ZrNiSn）的电子-声子散射特性，并对它们的谷内/谷间成分进行了表征和分析。为了阐明是什么控制了谷内和谷间跃迁的程度，散射率被分解为相空间（测量散射可能性的尺度）和平均电子-声子耦合的乘积。为了帮助指导改进的热电和高电导率材料的搜索，简单和近似的方法证明，可以通过减少谷间散射，规避需要计算的电子-声子散射计算，以确定材料。此外，在极限$\hbarω\gg k_BT$中探索了选择具有大能量区边缘声子的材料的益处，并发现其可能抑制高达一个数量级的谷间过程，从而分别使电导率和功率因数增加70%和100%。
2022-09-10 cond-mat.mtrl-sci
Understanding the transport behaviour of PbSe: A combined experimental and computational study
本研究结合Abinit和BoltzTrap计算与实验测量，系统分析了PbSe在300-500 K的热电输运行为，揭示了其直接带隙特性及Pb 6p和Se 4p态的主导贡献，并验证了SOC对塞贝克系数预测的重要性。
2024-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial PbGeSe thin films and their photoluminescence in the mid-wave infrared
Stanford University（斯坦福大学）；University of Central Florida（中佛罗里达大学）
本研究通过外延生长PbGeSe薄膜，利用快速热退火改善晶体质量并实现更宽的带隙，为中波红外光电子器件提供新材料。
2025-02-23 cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopic evidence for the convergence of lower and upper valence bands of PbQ (Q=Te, Se, S) with rising temperature
我们对n型、p型PbTe、PbSe和PbS这三种准热电材料的电子结构进行了变温角分辨光电子能谱（ARPES）研究。我们对它们的ARPES测量为轻空穴上价带（UVB）和所谓的重空穴下价带（LVBs）提供了直接的证据，并且它们的能带极大值之间的不寻常的温度依赖性相对运动导致LVBs和UVB之间的能量分离随温度的升高而单调减小。这使得这些价带能够会聚，并且因此在较高温度下有效增加PbQ中的谷简并度，这长期以来一直被推测为是其非凡热电性能背后的驱动因素。
2014-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Glass-like thermal conductivity in SrTiO3 thermoelectrics induced by A-site vacancies
在SrTiO 3中引入A位空位导致了玻璃状的热导率，而Nb取代的样品保持了良好的电导率。这一意想不到的结果使SrTiO 3更接近于成为高性能声子玻璃电子晶体热电材料。
2014-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Estimates of the thermal conductivity and the thermoelectric properties of PbTiO$_3$ from first principles
采用{ \em ab initio}计算和半经典Boltzmann输运方程相结合的方法计算了PbTiO $_3$（PTO）的晶格热导率（$κ_{\rm L}$）.计算的$κ_{\rm L}$非常低，几乎可以与良好热电材料（如PbTe）的$κ_{\rm L}$相比。此外，电子输运量的半经典分析，这表明良好的热电性能，与优值$zT$远超过1的温度范围很宽。对于热电应用，可以通过利用不同的形态和组成来进一步减少$κ_{\rm L}$。
2015-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Bright mid-infrared photoluminescence from high dislocation density epitaxial PbSe films on GaAs
本文报道了用分子束外延方法在GaAs（001）衬底上生长的岩盐PbSe（001）应变薄膜在3-7 $μ$ m中波红外（MWIR）波段的光致发光。这些裸膜在低于400 °C的温度下外延生长，在室温下发光明亮，少数载流子寿命长达172 ns。PbSe薄膜的相对较长的寿命是可实现的，尽管穿透位错密度超过$10^9$ $cm^{-2}$所产生的近8%的晶格和晶体结构失配的GaAs衬底上的岛生长。使用准连续波和时间分辨的光致发光，我们表明肖克利-读取-霍尔复合是缓慢的，在我们的高位错密度的PbSe薄膜在室温下，缺陷容限的标志。功率依赖的光致发光和高注入过量载流子寿命在室温下表明，退化俄歇复合限制了我们的薄膜的效率，虽然俄歇复合率显着低于等效的，III-V体材料，甚至有点慢于预期的散装PbSe。因此，缺陷容限和低俄歇复合率的组合效应产生在室温下大约30%的估计峰值内部量子效率，对于严重晶格失配的薄膜，在MWIR中是无与伦比的。我们预计通过优化晶体生长以及了解薄膜中的俄歇过程来提高性能的机会很大。这些结果突出了利用PbSe和相关IV-VI族半导体中不寻常的化学键合的独特机会，用于在新器件设计中受到严格热预算限制的异质集成中红外线源。
2021-08-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
First principles thermodynamical modeling of the binodal and spinodal curves in lead chalcogenides
高通量从头计算，集群扩展技术和热力学模型已协同相结合，以表征在伪二元铅硫属化合物PbSe-PbTe，PbS-PbTe，和PbS-PbSe的双节和旋节分解功能。虽然我们的结果与现有的实验数据一致，但我们的溶质温度相对于以前的计算模型有了很大的提高。计算的相图证实，形成的调幅纳米结构导致低的热导率在这些合金。所提出的方法，合理利用在线量子知识库，可以扩展到研究材料的技术利益的结晶和动力学性质。
2015-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of the thermoelectric layered cobalt oxides measured by the Harman method
采用Harman方法测量了层状钴氧化物热电材料的面内热导率，其中热导率由外加电流引起的温度梯度得到。我们已经发现，电荷储存器块（除了CoO $_2$块之外的块）主导热传导，其中纳米块集成概念对于材料设计是有效的。我们进一步发现，热导率在$a$和$b$轴之间显示出小但有限的面内各向异性，这可以归因于失配结构。
2004-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Significant low lattice thermal conductivity and potential high thermoelectric figure of merit in Na$_2$MgSn
热电材料能够收集废热并直接转化为电能。在寻找高效热电材料的过程中，材料的低热导率是必不可少的和关键的。本文基于密度泛函理论和线性化Boltzmann方程的单模弛豫时间近似，对层状金属间化合物Na $_2$ MgSn和Na $_2$ MgPb的晶格热导率和热电性能进行了理论研究。结果发现，这两种材料具有非常低的和各向异性的固有晶格热导率。尽管Na $_2$ MgSn具有非常低的质量密度和简单的晶体结构，但其在室温下沿$a$和$c$轴的晶格热导率分别仅为1.75和0.80 W/m $\cdot$ K。当Sn被重元素Pb取代时，室温下沿$a$和$c$轴的晶格热导率分别显著降低到0.51和0.31 W/m $\cdot$ K。我们发现，这两种材料的低晶格热导率主要是由于它们的声子寿命很短，大致在0.4至4.5 ps之间。结合以往的实验测量，金属Na $_2$ MgPb不可能是一种良好的热电材料。然而，我们预测半导体Na $_2$ MgSn是一种潜在的室温热电材料，在300 K时具有相当大的$ZT$ 0.34。我们的计算不仅表明金属间化合物Na $_2$ MgSn是一种很有潜力的热电材料，同时也为简单层状金属间化合物的热电研究提供了理论和实验依据。
2018-07-17 cond-mat.mtrl-sci
n-type SnSe$_{1-x}$ for Thermoelectric Application
我们报道了一种自牺牲的、简便的溶剂热合成方法合成了n型SnSe $_{1-x}$。在100 ~ 400 K的温度范围内，样品的热导率较低，热电势较大.我们还提出了开发全硒化锡热电模块的可能性。
2016-01-06 cond-mat.mtrl-sci
High thermoelectric performance of half-Heusler compound BiBaK with intrinsically low lattice thermal conductivity
半赫斯勒化合物通常表现出相对较高的晶格热导率，这对于热电应用是不期望的。在这里，我们证明了第一性原理计算和玻尔兹曼输运理论的BiBaK系统是一个例外，它具有相当低的热导率证明了非常小的声子群速度和弛豫时间。详细的分析表明，重Bi和Ba原子形成笼状结构，轻K原子在笼状结构中以较大的原子位移参数晃动。结合其良好的电子输运性质，BiBaK在900 K时显示出最大的n型ZT值为1.9，这优于大多数半赫斯勒热电材料。
2020-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Feasibility study of thermal losses conversion into Light for High Power LEDs using thermoelectric modules
发光二极管不发射红外线和紫外线，其光谱完全在可见光部分。但是LED不是冷的，所有的能量损失都是热损失。本文的目的是证明通过热电模块再利用热损失产生光的可行性。在LED系统中包含Peltier模块的论文一直用于冷却[1-6]。据作者所知，这是第一次通过使用Peltier模块来产生光，利用热损失来提高高功率LED照明系统的整体效率。
2021-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Crossover from Boltzmann to Wigner thermal transport in thermoelectric skutterudites
本研究利用Wigner热输运公式揭示方钴矿热传导微观机制，发现填充原子可引发热输运从类粒子Boltzmann区到类波Wigner区的转变，定义偏差描述符并提出热电材料组分优化设计策略。
2023-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Thermal Conductivity of Core-Shell Based Nanocomposites for Enhancing Thermoelectric ZT
从物理的角度提出了微分有效介质法（DEM），并将其用于计算核壳纳米块体复合材料的晶格热导率。从平均T矩阵单粒子近似扩展，DEM纳入了核壳纳米复合材料（CSN）的研究所必需的粒子间的影响。发现除了CSN中的粒内边界散射外，粒间边界散射也会降低纳米复合材料的热导率。因此，CSN保持改善热电无量纲优值系数ZT高于单片纳米体相的承诺。基于Si和SiGe的CSN用作说明性示例。
2013-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Understanding Phonon Scattering by Nano-Precipitates in Potassium-Doped Lead Chalcogenides
我们提出了一个全面的实验和理论研究的声子散射的纳米沉淀在钾掺杂的PbTe，PbSe和PbS。我们强调的沉淀物的尺寸分布测量显微镜，其调整允许热导率低于一个单一的大小可实现的限制的作用。尺寸分布和声子在不同频率范围内对热导率的贡献之间的相关性为实验测量的热导率提供了物理基础，并为估计最低可实现的热导率提供了标准。这些结果对纳米结构体热电效率的提高有明确的意义。
2018-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Ultra-low lattice thermal conductivity in Cs2BiAgX6 (X=Cl, Br): Potential thermoelectric materials
利用第一性原理计算研究了铋基双钙钛矿卤化物Cs2 BiAgX 6的电子和热电性质。计算出的Cs 2BiAgCl 6和Cs 2BiAgBr 6的间接带隙分别为2.85 eV和1.99 eV，与测量值（Cs 2BiAgCl 6的2.77 eV和Cs 2BiAgBr 6的2.19 eV）完全一致。利用超原胞方法中的弛豫时间近似（RTA）计算了弛豫时间和晶格热导率。这两种化合物的晶格热导率都非常低，在300 K时，Cs_2BiAgCl_6和Cs_2BiAgBr_6的晶格热导率分别为0.078和0.065 Wm ~（-1）K ~（-1）。这种相当低的晶格热导率是由于大加权相空间中的低声子群速度和大的声子散射而产生的。在400 K下，两种卤化物都获得了大的Seebeck系数。在700 K时获得了最大功率因数，相应的Cs_2BiAgCl_6和Cs_2BiAgBr_6的热电优值分别为0.775和0.774。计算结果表明，这两种卤化物都是很有潜力的热电材料。
2018-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Phonon Coupled Scattering Caused Ultralow Lattice Thermal Conductivity and Its Role in The Remarkable Thermoelectric Performance of Newly Predicted SiS2 and SiSe2 monolayers
为了实现高效率的热电转换，不仅需要改进材料的性能，而且需要预测和合成新的热电材料。本文利用密度泛函理论和玻尔兹曼输运方程对新近预测的IVA-VIA族二维半导体SiS 2和SiSe 2单层膜的热电性能进行了系统的研究。我们计算的晶格热导率（kph）是超低的，这导致非常高的热电优值（ZT）值为0.78（0.80）在500 K的SiS 2（SiSe 2）单层。超低的kph值归因于声学和低频光学分支的声子-声子耦合，这导致较大的散射、低群速度、较小的平均自由程和较短的声子寿命。从我们的研究中还发现，p型掺杂比n型掺杂更有效地获得最佳的功率因数（PF）和ZT。我们的理论研究表明，新预测的半导体SiS 2和SiSe 2单层可以是非常有前途的热电材料，用于制造高效率的热电发电机，将废热转换为电能。
2021-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Remarkable thermoelectric performance in BaPdS$_2$ via pudding-mold band structure and ultralow lattice thermal conductivity
高效的热电材料需要材料特性的罕见和禁忌的组合：大电导率，大塞贝克系数和低热导率。实现前两种性质的一种策略是通过在晶体动量空间的不同区域中包含平坦部分和色散部分的低能电子带，称为布丁模能带结构。在这里，我们说明，BaPdS $_2$成功地实现了布丁模具能带结构，有助于一个大的热电功率因数，由于其各向异性的晶体结构包含锯齿形链的边缘共享正方形平面PdS $_4$单元。此外，BaPdS $_2$表现出超低的晶格热导率，并因此也实现了第三种性质，这是由于其横向声学声子分支中的极软和非谐相互作用。我们预测一个非常大的热电品质因数，峰值在2和3之间的两个三个结晶方向，这表明BaPdS $_2$值得实验研究。
2018-10-19 cond-mat.mtrl-sci
A micrometer-thick oxide film with high thermoelectric performance at temperature ranging from 20-400 K
热电（TE）材料实现热能和电能之间的局部转换，并且转换效率由品质因数zT确定。到目前为止，二维电子气（2DEG）相关的TE材料保持着室温附近zT的记录。对于PbSeTe、Bi_2 Te_3/Sb_2 Te_3和SrNb_（0.2）Ti_（0.8）O_3/SrTiO_3等超晶格材料，当这些TE材料的厚度在空间上被限制在亚纳米尺度内时，观察到zT的急剧增加高达~2.0。载流子的二维限制扩大了费米能级附近的态密度3 -6，并触发了电子-声子耦合。这克服了传统的σ-S权衡以更独立地提高S，从而进一步增加了热电功率因数（PF=S2σ）。然而，由于TE材料的量不足，目前用于高功率能量转换的2DEG材料的实际应用受到空间限制的先决条件的阻碍。在这里，我们报告类似的TE属性2DEG，但实现在SrNb0.2Ti0.8O3薄膜的厚度在亚微米尺度内，通过调节界面和晶格极化。在室温附近及以下，薄膜材料的功率因数高达103 μWcm-1 K-2，zT值高达1.6。在100 μ m厚的SrTiO_3衬底上生长2 μ m厚的SrNb_（0.2）TiO_（0.8）O_3薄膜，即使考虑衬底厚度，薄膜和衬底的积分功率因数也接近102 μWcm ~（-1）K ~（-2）。与传统的2DEG相关TE材料相比，高TE性能对尺寸限制的依赖性降低了~103。生长的氧化膜毒性较小，不依赖于大量的重元素，可能为局部制冷和电功率发电的…
2017-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Internal convection in thermoelectric generator models
热与电流之间的耦合是热电过程的核心。从热的观点来看，这可以被视为与给定热电系统中的电流的出现相关联的附加热通量。由于该附加通量与系统中的载流子的全局位移相关联，因此它可以被限定为对流，这与在开路条件下与电子的声子传输和热传输相关联的导电部分相反，例如，关于Wiedemann-Franz关系在这篇文章中，我们表明，考虑对流部分的热通量允许新的洞察到热电能量转换和推导的最大功率条件的发电机与现实的热耦合。
2012-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Ultralow lattice thermal conductivity and high thermoelectric performance near room temperature of Janus monolayer HfSSe
二维过渡金属双硫族化合物（TMDCs）由于具有良好的带隙可调性、低维性以及电导率和晶格热导率的良好结合，近年来在高温下显示出巨大的潜力。利用密度泛函理论和Boltzmann输运方程，对二维单层HfS 2，HfSe 2及其Janus单层HfSSe的电子和热电性能进行了第一性原理计算.热力学稳定性的所有三种结构已被证实从声子色散曲线。计算了300 K、400 K和500 K下的热电参数，如塞贝克系数、功率因数和电导率。室温下的晶格热导率已被发现在单层HfS 2，HfSe 2和HfSSe Janus单层相比，非常流行的TMDC，如MoS 2和WS 2非常低。由于HfSSe具有很低的群速度和很短的声子寿命，在室温下，Janus单层HfSSe的晶格热导率为0.36W/mK，低于单层HfS 2和HfSe 2的晶格热导率。在Janus单层HfSSe中的这种超低晶格热导率导致在室温下接近1的值的非常高的热电品质因数。通过构建HfS 2和HfSe 2的Janus单分子膜，热电性能得到显著提高.我们的理论研究预测，Janus单层HfSSe可以成为制造下一代可穿戴热电发电机的革命性候选者，将人体热量转化为电能。
2020-03-05 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric properties of Sr0.61Ba0.39Nb2O6-δ ceramics annealed in different oxygen-reduction conditions
在323 ~ 1073 K温度范围内研究了不同还原条件下Sr0.61Ba0.39Nb2O6陶瓷的热电性能。样品的电输运行为从低温到高温分别由热激活极化子跳跃、费米玻璃行为和Anderson定域行为主导。晶格热导率在高温下呈现平台，表明类似玻璃的导热行为。热电功率因数和热导率均随氧还原程度的增加而增加。考虑到这两个因素，氧还原仍然可以有助于提高热电优值。最高的ZT值（~0.19在1073 K）在最重的氧还原样品中获得。
2014-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Quantitative Nanoscale Mapping of Three-Phase Thermal Conductivities in Filled Skutterudites via Scanning Thermal Microscopy
在过去的二十年中，纳米结构范例已成功地应用于广泛的热电材料中，导致热导率显著降低和优异的热电性能。然而，这些进展已经完成，没有直接调查的本地热电性能，即使本地电流可以映射具有高空间分辨率。事实上，目前还缺乏一种有效的方法将宏观热电性能与局部微观结构和性能联系起来。在这里，我们表明，局部热导率可以定量映射，具有良好的精度，纳米分辨率，和一对一的对应关系的微观结构，使用三相方钴矿作为模型系统。结合有限元模拟的扫描热显微镜显示样品的电导率和探针电阻之间的密切相关性，使我们能够区分跨越数量级的热导率，但解决整个相界面的热变化与小的对比度。因此，该技术提供了一个强大的工具，以关联局部的热导率，微观结构和宏观性质的纳米结构材料一般，特别是纳米结构热电。
2017-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Pd$_{2}$Se$_{3}$ Monolayer: A Promising Two Dimensional Thermoelectric Material with Ultralow Lattice Thermal Conductivity and High Power Factor
高功率因数和低晶格热导率是高效热电材料的两个基本要素。虽然过渡金属二硫属化合物的单层膜具有高的功率因数，但高的晶格热导率显著地阻碍了它们的实际应用。我们的第一性原理计算表明，这两个成分都很好地满足在最近合成的Pd $_{2}$硒$_{3}$单层，其晶体结构是由[硒$_{2}$ ] $^{2-}$二聚体，硒$^{2-}$阴离子，和Pd $^{2+}$阳离子在正方形平面的方式协调。我们对三阶原子间力常数的详细分析表明，与[Se $_2$ ] $^{2-}$二聚体相关的非谐性和软声子模导致Pd $_{2}$ Se $_{3}$单层的超低晶格热导率（300 ° K时，沿$a$ -和$b$ -轴的$^{-1}$ K $^{-1}$分别为1.5和2.9 Wm），其与诸如PbTe的高性能体热电材料的那些相当。此外，“布丁模具”型能带结构，造成的Pd $^{2+}$（$d^{8}$）的阳离子在一个正方形的平面晶场配位，导致高功率因数的Pd $_{2}$ Se $_{3}$单分子膜。因此，在中等载流子浓度下，可以实现具有相当高的$zT$的电子和空穴掺杂的热电材料，这表明Pd $_{2}$ Se $_{3}$是一种有前途的二维热电材料。
2018-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Magneto-thermoelectric figure of merit of Co/Cu multilayers
巨磁电阻多层膜的磁化结构的转换不仅改变了其电导率和热导率，而且也改变了其热电势。研究了Co/Cu多层膜器件在横向热梯度下的磁输运和磁热电性质。我们推导出的塞贝克系数，热电优值，和热电功率因数的值。Seebeck系数在室温下达到高达-18微伏/K的值，并且在自旋反转时显示高达28.6%的磁场依赖性。结合相同的Co/Cu堆叠的热导率数据，我们发现高达65%的热电优值的自旋依赖性。此外，自旋的功率因数的依赖性高达110%的推导。
2013-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Strain induced large enhancement of thermoelectric figure-of-merit ($ZT\sim 2$) in transition metal dichalcogenide monolayers ZrX$_2$ (X= S, Se, Te)
二维IV族过渡金属二硫属化物具有令人鼓舞的热电应用，因为它们的电子和晶格性质可以用应变来操纵。本文采用第一性原理方法研究了ZrX $_2$（X = S、Se、Te）的热电参数，如电导率、Seebeck系数、电驰豫时间以及模式对晶格热导率的贡献。我们的计算表明，由于拉伸应变，功率因数增加，同时降低晶格热导率，从而提高热电优值。拉伸应变使带隙变宽，这对应于更高的功率因数。晶格热导率由于面外声子模的硬化而降低，从而降低非谐散射寿命并增加热电优值。
2020-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio thermal conductivity of thermoelectric Mg$_3$Sb$_2$: evidence for dominant extrinsic effects
从第一性原理出发，通过精确求解玻尔兹曼方程，研究了候选热电材料Mg $_3$ Sb $_2$的晶格热导率。我们发现，观察到的电导率异常低是由于声子的晶界散射，而纯粹的非谐电导率是一个数量级更大。由于合金化和非化学计量的质量无序也被发现有助于显着减少。结合从头算值与样品尺寸与测量的晶粒尺寸分布，我们得到的估计$κ$与T的纳米多晶材料中的典型实验符合良好，并计算在各种情况下的ZT品质因数。
2018-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Thermal Stability of Thermoelectric Materials via In Situ Resistivity Measurements
本文详细介绍了一种测定几种热电材料在20 < T < 550 ℃温度范围内电阻率的实验装置。还解释了在温度循环期间对于Cu 0.01Bi2Te2.7Se 0.3的电阻率测量，而在400 ℃下对Yb 0.35Co4Sb 12进行作为时间的函数的第二测量。两次测量均证实材料在所测量的温度范围和时间段内是热稳定的。在温度循环过程中进行的测量表明，当测量温度超过压制温度时，Cu0.01Bi2Te2.7Se0.3的电阻率不可逆地降低。这种系统的几种其他可能的用途包括但不限于研究退火和/或氧化作为温度和时间两者的函数的影响。
2012-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Ultra-low lattice thermal conductivity induces high-performance thermoelectricity in Janus group-VIA binary monolayers
本文采用第一性原理计算系统地研究了三种新的Janus STe $_{2}$、SeTe $_{2}$和Se $_{2}$ Te单层膜的电输运、热输运和热电性质，并与文献中不同方法的结果进行了比较。发现Seebeck系数和电导率具有相反的温度依赖性，并详细解释了这一现象。热电功率因数（PF）随温度的降低源于电导率的降低。为了获得精确和收敛的晶格热导率，计算均方根（RMS），以获得合理的三阶力计算的截止半径。Janus STe $_{2}$、SeTe $_{2}$和Se $_{2}$ Te单层膜在300 K下具有0.2、0.133和4.81 $\times10^{-4}$ W/mK的超低晶格热导率，这是由于声学模和低频光学分支之间的强耦合效应、低声子群速度、小声子寿命和大非谐性。因此，STe $_{2}$、SeTe $_{2}$和Se $_{2}$ Te的n型（p型）载流子掺杂获得了2.11（2.09）、3.28（4.24）和3.40（6.51）的超高$\textit{ZT}$值，表明它们是有前途的热电材料。
2022-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Origin of efficient thermoelectric performance in half-Heusler FeNb$_{0.8}$Ti$_{0.2}$Sb
半赫斯勒材料FeNb $_{0.8}$ Ti $_{0.2}$ Sb由于其优异的高温热电性能而被认为是一种很有前途的热电材料。通过一系列的低温（2 - 400 K）测量的有效的热电性能的起源进行了研究。观察到低温和高温的高数据相干性。确定了最佳且几乎与温度无关的载流子浓度，这对于功率因子来说是理想的。所获得的单一类型的空穴载流子也有利于大的Seebeck系数。电子热导率与晶格热导率相当，在200 K以上电子热导率占主导地位。这些发现再次表明，电子散射在电和热输运性质中起着关键作用。因此，无量纲品质因数主要由电子性质决定。在低温下获得的这些效果与避免可能的热波动一起提供了这种材料优异热电性能的物理来源。
2018-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity and enhanced thermoelectric performance of SnTe bilayer
锡硫族化合物（SnS，SnSe和SnTe）被发现具有改善的热电性能后，其维数的减少。在这里，我们发现倾斜AA + s堆叠的二维（2D）SnTe双层作为最稳定的相之间的几个堆叠的结构优化和声子输运性质的预测。的载流子迁移率和弛豫时间进行了评估，使用变形势理论，这是发现是相对较高的，由于高的2D弹性模量，低的变形势常数，和适度的有效质量。SnTe双层膜具有高的Seebeck系数、高的电导率和超低的晶格热导率。高TE的优值（ZT）的值，高达4.61沿锯齿形方向，预测的SnTe双层。这些ZT值与块体以及单层SnTe和其他2D化合物相比大大增强。
2020-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Thermal and Vibrational Properties of Thermoelectric ZnSb - Exploring the Origin of Low Thermal Conductivity
金属间化合物ZnSb是一种有趣的热电材料，主要是由于其低的晶格热导率。到目前为止，低热导率的起源一直是推测性的。使用多温度单晶X射线衍射（9 - 400 K）和粉末X射线衍射（300 - 725 K）测量，我们表征了体积膨胀和结构性质随温度的演变，并确定了越来越多的非谐行为的Zn原子。从拉曼光谱和声子的第一性原理计算的组合，我们巩固了波数低于60 cm-1的低能量光学模式的存在。在2 - 400 K之间的热容测量可以通过Debye-Einstein模型很好地描述，该模型包含一个Debye和两个Einstein贡献，温度为ΘD = 195 K，ΘE1 = 78 K和ΘE2 = 277 K，以及由于150 K以上的非谐性而产生的显著贡献。大量弱分散的低能量光学模式（其与声学、载热声子耦合）的存在与非谐热行为结合提供了低晶格热导率的有效机制。ZnSb独特的振动性质是由于其具有多中心成键结构的化学键性质。我们认为，所提出的机制，以解释低晶格热导率的ZnSb也可能控制电子贫半导体，如Zn 4Sb 3，CdSb，Cd 4Sb 3，Cd 13-xInyZn 10，和Zn 5Sb 4 In 2-x的热电性能。
2015-02-20 cond-mat.mtrl-sci
High-throughput imaging measurements of thermoelectric figure of merit
我们展示了一种方法，同时测定的热电优值的多个martials通过锁定热成像（LIT）技术。该方法基于对由Peltier效应和焦耳加热引起的瞬态温度分布的热分析，这使得能够高通量地估计材料的热扩散率、热导率、体积热容、塞贝克或Peltier系数。基于LIT的方法具有高重现性和可靠性，因为它提供灵敏的非接触式温度测量，并且不需要安装外部加热器。通过在施加外部磁场的情况下执行相同的测量和分析，可以同时确定塞贝克或珀耳帖系数和热导率的磁场和/或磁化依赖性。我们证明了这种方法的有效性，通过使用几个铁磁金属（Ni，Ni $_{95}$，Pt $_{5}$，和Fe）和一种金属（Ti）。所提出的方法将有助于材料的热电和自旋热电子学的研究和磁热和磁热电输运性质的调查。
2021-09-24 cond-mat.mtrl-sci
High-efficient thermoelectric materials: The case of orthorhombic IV-VI compounds
提高热电效率是材料科学面临的最大挑战之一。最近在简单的正交SnSe晶体中发现的优异的热电性能为这一前景提供了新的希望[Zhao等人，Nature 508，373（2014）]。基于第一性原理结合玻尔兹曼输运理论计算了正交晶系Ⅳ-Ⅵ族化合物GeS、GeSe、SnS和SnSe的热电性质，结果表明正交晶系SnSe的Seebeck系数、电导率和热导率与最近的实验结果一致.重要的是，与SnSe相比，GeS、GeSe和SnS表现出相当的热电性能。特别是GeS、GeSe和SnS的Seebeck系数在所研究的载流子浓度和温度范围内甚至比SnSe的更大。我们还使用Cahill模型来估计室温下的晶格热导率。大的Seebeck系数、高的功率因数和低的热导率使得这四种正交晶系IV-VI族化合物成为高效热电材料的有希望的候选者。
2015-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric transport in molecular crystals driven by gradients of thermal electronic disorder
针对有机半导体热电理论不足的问题，开发量子动力学模拟方法揭示载流子波函数沿温度梯度的运动机制，发现热电子无序梯度驱动热电流产生，为改进Seebeck系数提供新途径。
2024-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Impact of Rattlers on Thermal Conductivity of a Thermoelectric Clathrate: A First-Principles Study
利用第一性原理晶格动力学方法研究了晶格振动对Ba $_{8}$ Ga $_{16}$ Ge $_{30}$晶格热导率的影响.比较声子性质的填充和空的笼形物，我们表明，摇铃造成10倍的声子的弛豫时间减少，通过增加声子-声子散射概率。相反的共振散射的情况下，在弛豫时间的减少发生在一个很宽的频率范围内，这是至关重要的解释异常低的热导率的笼形物。我们还发现，振子对声子群速度的影响是次要的，因为声子色散的平坦化只发生在有限的相空间中的布里渊区。
2015-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric Properties of Mg doped Mercury Selenide HgSe
采用密度泛函理论结合玻尔兹曼输运理论，系统研究了Mg掺杂浓度（x）对Hg 1-xMgxSe三元合金热电性能的影响。用Perdew-Burke-Ernzerhof广义梯度近似（GGA-PBE）描述交换关联势。推导并讨论了热电输运参数，如塞贝克系数（S）、弛豫时间热导率、弛豫时间电导率、功率因数（PF）和品质因数（ZT）。热电性能测试结果表明，所研究的材料可用于室温热电器件。研究还发现，Mg组分可以提高HgSe合金的热效率。
2023-03-27 cond-mat.mtrl-sci
High thermoelectric power factor in Ni-Fe alloy for active cooling applications
本研究通过机器学习筛选出Ni-Fe合金，其热电功率因数在200K时高达120 μW/{cm.K^2}，且有效热导率在250K以上超过纯铜，适用于主动冷却。
2025-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric Properties of Nanocomposite Heavy Fermion CeCu6
采用热压法制备了重费米子化合物CeCu 6样品。温度依赖性（5-300 K）的热电输运性质的样品进行了测量。通过改变热压温度优化了无量纲品质因数（ZT）。我们的热导率测量表明，最低的热压温度（450 ℃）产生最低的热导率。随着热压温度的降低，电阻率显著增大，塞贝克系数减小。随着热压温度的降低，电子对总热导率的贡献比晶格贡献下降得更快。因此，对于较低的热压温度，导热系数降低的增益被功率因数的损失所抵消。我们的ZT计算表明，在800 ℃热压的样品在60 K时有一个宽峰，最大值为0.024。明显的低温ZT峰强调了这种重费米子系统作为固态冷却应用的潜在p型热电的重要性。
2013-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Improvement of Thermoelectric properties of Lanthanum cobaltate by Sr and Mn co-substitution
报道了Sr、Mn共取代LaCoO3体系从室温到700 K的热电性能。La位Sr和Co位Mn的取代提高了LaCoO3的电导率（σ）。所有样品的热导率（\k{appa}）随温度的升高而增加，但随LaCoO3的取代而降低。电子热导率（\k{appa} e）的估计表明，在这个系统中的热导率占主导地位的声子的贡献。La0.95Sr0.05Co0.95Mn0.05O3在480 K时的优值最大为0.14
2018-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Ultra-low lattice thermal conductivity of MgPb$_2$Te -- A first principles study
热电技术是一种将废热转化为电能的有效利用能源的替代方法。热电材料要求材料具有较低的热导率，以提高其热电性能。本文通过第一性原理计算求解玻尔兹曼输运方程，得到了纯MgPb $_2$ Te在c轴和a轴方向的超低室温热导率分别为2.08 Wm $^{-1}$ K $^{-1}$和2.9 Wm $^{-1}$ K $^{-1}$.为了解释这种超低热导率，我们分析了弹性常数，声子群速度，声子-声子散射和横向声学，纵向声学和光学声子分支的贡献。我们还报道了MgPb $_2$ Te纳米结构的热导率。在50 nm处，MgPb $_2$ Te的室温热导率沿c轴和a轴分别为0.957 Wm $^{-1}$ K $^{-1}$和1.459 Wm $^{-1}$ K $^{-1}$. MgPb $_2$ Te的超低热导率表明其在热电应用中具有广阔的应用前景。
2021-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Strain aided drastic reduction in lattice thermal conductivity and improved thermoelectric properties in Janus MXenes
本研究通过表面修饰与双轴应变工程，显著降低了Janus MXenes的晶格热导率并提高了塞贝克系数，从而有效改善了其热电性能。
2024-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric properties of two-dimensional slabs of Ba8Ga16Ge30 from first principles
热电效应使热能和电能之间的直接转换成为可能，并为发电和制冷提供了另一种途径。Ba_8Ga_（16）Ge_（30）包合物在I型无机包合物中具有最高的优值（ZT ~ 1）。在多层超晶格、量子线和纳米结构材料中已经观察到热电性质的增强，这是由于功率因数（S^{2}σ）的增加或由于晶格热导率（κ）的降低。在这里，我们调查的二维板的热电性能与不同厚度的Ba 8 Ga 16 Ge 30使用半经典玻尔兹曼输运理论与常数散射近似。我们观察到，在减小的维度中，电导率和热导率的电子部分之间存在微妙的平衡，并且从这些结果中获得的见解可以直接用于控制纳米结构化实验中的粒度。计算出的属性是一致的，最近的，第一次测量散装纳米结构样品。
2011-11-15 cond-mat.mtrl-sci
