Enhanced Thermoelectric Performance and Anomalous Seebeck Effects in Topological Insulators
提高热电优值zT是材料科学中最大的挑战之一。最近发现的拓扑绝缘体（TI）在这方面提供了新的希望。在这项工作中，我们从理论上证明，zT是强烈的大小依赖于TI，和大小参数可以调整，以提高zT显着大于1。此外，我们表明，在TI的边缘状态的寿命是强烈的能量依赖性，导致大的和异常的塞贝克效应与相反的符号的霍尔效应。这些优异的性能使钛合金成为热电科学和技术领域中极有前途的材料。
2014-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bonding Hierarchy and Coordination Interaction Leading to High Thermoelectricity in Wide Bandgap TlAgI2
研究揭示宽禁带 Zintl 型 TlAgI2 凭借 Ag-I 反键态、键合层级与配位作用实现极低热导和 2.20 的高 ZT。
2024-09-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Rare Earth Doping and Effective Band-Convergence in SnTe for Improved Thermoelectric Performance
已经发现SnTe的热电性能随着碱金属和过渡金属元素的等价掺杂而增强，其中这些元素中的大多数具有小于13%的溶解度。我们提出了一种掺杂稀土元素Yb来提高SnTe热电性能的策略。随着重原子质量和强自旋-轨道耦合，即使Yb的轻度掺杂（~ 5%）也足以通过带会聚产生简并，这增强了费米能级附近的态密度并提高了整体性能。我们的输运数据和第一性原理计算证实，近5%的Yb是一种有效的掺杂剂，以实现热电响应，相当于9%的Mn掺杂。研究结果对理解环境友好型SnTe热电材料具有重要意义。
2018-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Band-selective Plasmonic Polaron in Thermoelectric Semimetal Ta$_2$PdSe$_6$ with ultra-high power factor
Okayama University（冈山大学）；Nagoya University（名古屋大学）
通过ARPES研究发现Ta$_2$PdSe$_6$中存在选择性等离子体极子，揭示了其半金属中高塞贝克系数的机制，为热电材料研究提供了新平台。
2025-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Understanding the role and interplay of heavy hole and light hole valence bands in the thermoelectric properties of PbSe
PbSe的热电性能在最近几年有了显著的提高，达到了ZT 1.6的优值。空穴掺杂的高温热电材料PbSe的输运性质特别令人感兴趣，并且在其中起着关键作用。在这里，他们在很宽的温度和空穴浓度范围内进行了分析。实验中观察到的塞贝克系数和霍尔系数的变化的特殊功能，可以占内的两个频带模型的框架。两个价带分开的温度依赖的能量偏移被认为是。在室温下，轻空穴带的极值态密度质量为0.27mo。它是非抛物线和各向异性的，可以用凯恩模型来描述。重空穴带的极值是各向同性的抛物线型，态密度大得多，质量为2.5mo。我们发现，对于重掺杂的组合物的高质量带贡献的塞贝克系数，即使在室温下。随着温度的升高，空穴从轻空穴转移到重空穴分支，产生反常的温度依赖霍尔系数，在650K附近达到峰值。
2015-02-04 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
Exchange-biased topological transverse thermoelectric effects in a Kagome ferrimagnet
Kagome金属TbMn 6Sn 6最近通过扫描隧道显微镜/光谱测量被发现是亚铁磁拓扑狄拉克材料。本文报道了在该化合物中观察到的大的反常能斯特效应和反常热霍尔效应。我们的第一性原理计算表明，这种反常的横向输运与三维动量空间中大质量狄拉克能隙的Berry曲率贡献是一致的.此外，横向热电输运表现出相对于所施加的磁场的不对称性，即，一种交换偏向行为。总之，这些特征使TbMn 6Sn 6成为基于反常能斯特效应的出色热电性能的有前途的系统。
2022-02-09 cond-mat.mtrl-sci
When Band Convergence is Not Beneficial for Thermoelectrics
带会聚被认为是对热电性能的明显益处，因为它增加了给定费米能级的载流子浓度，这通常增强了电荷电导率，同时保持了塞贝克系数。然而，这一优势取决于假设的载波带间散射是弱或微不足道的。第一性原理处理的电子-声子散射在CaMg $_{2}$ Sb $_{2}$ -CaZn $_{2}$ Sb $_{2}$ Zintl系统和完整的Heusler Sr $_{2}$ SbAu，我们证明了带收敛的好处可以内在地否定带间散射的方式，在带收敛。在Zintl合金中，能带会聚不会提高加权迁移率或态密度有效质量。我们跟踪的基本原因的事实，即带收敛在一个k点，这将导致强烈的带间散射的变形势和偏振光的种类。这种情况与远k点处的带收敛（如在全Heusler中）形成对比，其更好地保留了单带散射行为，从而成功地导致性能的改善。因此，我们建议带收敛作为热电设计原则是最适合的情况下，它发生在遥远的k点。
2021-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric efficiency of topological insulators in a magnetic field
研究了三维拓扑绝缘体在磁场中的热电特性。我们发现，在高密度的这些孔在运输方向上的热电优值，ZT，可以是大的，由于拓扑保护的导电表面和抑制的声子热导率的贡献。通过施加外部磁场，可以在表面态谱中诱导出子能隙。我们表明，热电效率可以控制由这个可调的子带导致的ZT值远大于1。对于合理的系统参数和其通过磁场的可调谐性，如此高的ZT值使得该系统成为纳米器件的热管理应用的强有力的候选者，特别是在低温下。
2011-10-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles Modelling of SrTiO3 based Oxides for Thermoelectric Applications
采用第一性原理电子结构计算方法，研究了SrTiO_3基氧化物材料及其纳米结构的电子和热电性质，确定了具有高度各向异性电子能带的纳米结构。我们最近发现，高度各向异性的平坦色散带可以最大化热电功率因子，同时它们可以在体半导体中产生低维电子输运。虽然大多数考虑的纳米结构显示出这样的高度各向异性带，其预测的热电性能并没有改善的SrTiO 3。除了高度的各向异性特性，我们强调的重要性，参与运输的电子态的大重量和小的有效质量的载流子沿运输方向。这些要求在二元过渡金属氧化物中可能比在ABO 3钙钛矿氧化物材料中更好地实现。
2016-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Benefits of Carrier Pocket Anisotropy to Thermoelectric Performance: The case of $p$-type AgBiSe$_2$
从理论上研究了各向异性对$p$型AgBiSe $_2$热电性能的影响.我们提出了一个明显的实现的热电效益的一维“板状”载流子口袋各向异性的价带中的这种材料。基于第一性原理计算，我们发现在电子结构中的大量各向异性，可能有利于热电性能，在银硫族化合物热电AgBiSe $_2$的六方相的价带中，而导带更各向同性，并且在我们的实验中没有达到高性能。AgBiSe $_2$在高温无序fcc相中已经显示出1.5的$ZT$值，但是室温性能尚未得到证实。本文提出了各向异性能使态密度和电导有效质量解耦的理论，指出了这种效应对高性能热电材料Bi $_2$ Te $_3$和PbTe的影响。从我们的第一性原理和玻尔兹曼输运计算，我们估计的$p$型AgBiSe $_{2}$的性能。
2015-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Modulating thermoelectric properties in oxygen-passivated Sb2Te3 thin film through grain boundary engineering
该研究通过在 Sb2Te3 薄膜中掺氧实施晶界工程，利用双肖特基势垒和价带高迁移率态协同提升电输运并降低热导率，结合 SPM 与 SThM 验证其热电增强机制。
2023-08-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Screening Promising Thermoelectric Materials in Binary Chalcogenides through High-Throughput Computations
高通量计算方法是筛选高性能功能材料的有效工具。在本工作中，使用单带模型下的变形势方法，我们评估的载流子弛豫时间，并建立一个电描述符（\c{hi}）的载流子有效质量的基础上简单的刚性带近似。该描述子（\c{hi}）可以用来合理地表示最大功率因数，而不需要求解电子玻尔兹曼输运方程。此外，Grüneisen参数（γ），晶格非谐性和晶格热导率的描述符，有效地使用弹性性质进行评估，省略了昂贵的声子计算。应用两个描述子（\c{hi}和γ）对二元硫族化合物进行了HT计算，计算了243种半导体材料，筛选出50种有希望的热电材料。对于这些理论上确定的化合物，我们成功地预测了一些以前的实验和理论研究有前途的热电材料。此外，9个p型和14个n型以前未报道的二元硫族化合物也被预测为有前途的热电材料。我们的工作不仅为未来的研究提供了具有完美晶体结构的热电候选材料，而且为HT筛选高性能热电材料提供了可靠的描述符。
2019-12-23 cond-mat.mtrl-sci
Effect of electron-phonon scattering, pressure and alloying on the thermoelectric performance of TmCu$_3$Ch$_4$ (Tm=V, Nb, Ta; Ch=S, Se, Te)
由于环境问题，对绿色能源的需求日益增加，热电（TE）材料是环境友好的能源之一。很少有作者报道了TmCu $_3$ Ch $_4$的高TE性能，根据忽略电子-声子散射、自旋-轨道耦合效应（SOC）和与能量相关的载流子寿命的第一性原理计算，在1000 K下达到2以上的品质因数（ZT）。在考虑这些参数的情况下，重新研究了TmCu $_3$ Ch $_4$的热电输运性质，发现在这些化合物中，p型TaCu $_3$ Te $_4$由于其低的晶格热导率（$κ_l$）（0.38 W m-1 K-1），在1000 K时的热电输运系数可以达到~3。有趣的是，$κ_l$的值通过1 GPa的压力降低到0.17 W m-1 K-1，而功率因数由于带隙减小而略有改善，导致在1000 K时的非凡ZT~5.5。虽然Se的取代使$κ_l$略有降低，降至~0.3 W m-1 K-1，但由于费米能级附近的DOS急剧降低，导致Seebeck系数大幅降低，电导率略有增加，从而使功率因数显著降低。
2020-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Synergy of Rashba and Topological Effects for High-Performance Bismuth-Based Thermoelectrics
本研究提出通过在拓扑绝缘体中诱导Rashba分裂来增强能带收敛，利用Janus结构的拓扑能带反转与Rashba分裂的协同效应，显著提升了铋基热电材料的功率因子并降低了晶格热导率，使$β$-Bi$_2$Se$_2$Te的热电优值$zT$峰值达到2.82。
2025-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Discovery of the high thermoelectric performance in low-cost Cu8SiSxSe6-x argyrodites
本文发现低成本Cu8SiSxSe6-x银辉石通过S替代Se稳定高对称立方相并降低晶格热导率，结合Cu偏离调控载流子浓度，使Cu7.95SiS3Se3的ZT达1.45、转换效率达13%，为无Te中温热电应用提供了新选择。
2023-07-04 cond-mat.mtrl-sci
The LDA+DMFT route to identify good thermoelectrics
对于技术应用，具有高品质因数的热电材料是期望的，并且强关联电子系统在这方面是非常有前途的。由于能带结构和电子关联效应对获得大的热电性能有重要作用，局域密度近似和动态平均场论的结合是计算新型热电材料设计的理想工具，也有助于我们理解某些材料获得大性能的机理。该会议记录提供了一个简要介绍的方法和评论最近的结果为LiRh_2O_4。
2009-03-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Realizing high Near-Room-Temperature Thermoelectric Performance in n-type Ag2Se through Rashba Effect and Entropy Engineering
尽管存在大量的高温热电材料，但设计具有高zT的近室温特别是n型热电材料是极具挑战性的。通常，原始Ag 2Se表现出不寻常的低热导率以及高电导率和塞贝克系数，这导致室温下的高热电性能（n型）。在此，我们报告了伪三元相，Ag2Se0.5Te0.25S0.25，其显示出改进的热电性能（在400 K下zT ~ 2.1）。密度泛函理论表明，Rashba型自旋相关的带分裂起源于Te掺杂，提高了载流子迁移率。利用密度泛函微扰理论，我们认识到本征载流子迁移率不仅受载流子有效质量的控制，也不受形变势理论的控制，而是受纵向光学声子散射的限制.事实上，局部偏离中心的S原子和上升的组态熵通过替代Te和S原子在Ag 2Se显着降低晶格热导率（klat ~ 0.34在400 K）。为了准确地获得电以及热输运系数，我们采用基于玻尔兹曼输运形式的变形势理论。Rashba效应与构型熵的组合结果协同地导致了这种高热电性能，并开发了在近室温下工作的新型n型热电材料。
2021-03-28 cond-mat.mtrl-sci
High-throughput synthesis of thermoelectric Ca$_3$Co$_4$O$_9$ films
复合氧化物薄膜的性质可以在作为失配、组成、取向和结构的函数的值的范围内调节。在这里，我们报告了一种策略，用于生长结构化的外延热电薄膜，从而提高塞贝克系数。代替使用单晶蓝宝石衬底来支持外延生长，使用脉冲激光沉积技术将Ca $_3$ Co $_3$ O $_9$膜沉积到通过火花等离子体烧结纹理化的Al $_2$ O $_3$多晶衬底上。的2000纳米薄膜的结构质量进行了研究，通过透射电子显微镜，而晶粒的晶体取向和外延的关系，由电子背散射衍射确定。多晶陶瓷模板的使用导致结构化的膜，是在良好的局部外延注册。塞贝克系数在300 K时约为170 $μ$ V/K，这是具有低载流子密度的失配材料的典型值。这种高通量的过程，称为组合衬底外延，似乎有利于合理调整功能氧化膜，开辟了一条路线，高品质的复合氧化物的外延合成。
2013-09-19 cond-mat.mtrl-sci
Control of sphalerite-chalcopyrite phase transition in CdSnAs2 for n-type thermoelectrics with high power factor
本研究针对热电材料中n型性能滞后问题，通过控制CdSnAs2的冷却速率抑制闪锌矿-黄铜矿相变以优化微观结构，最高冷却速率样品在600K时功率因数达3.18mW/mK²，超过传统二元n型热电材料，为中温热电应用提供高潜力候选材料。
2024-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Giant phonon softening and avoided crossing in aliovalence-doped heavy-band thermoelectrics
本研究发现异价掺杂可通过声子软化与免交叉效应高效降低热电半导体晶格热导率，在NbFeSb体系中10%Hf掺杂实现65%热导率下降，效果远超等电子合金化，为半导体热输运调控提供了新途径。
2023-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Effective mass calculations of SrTiO3-based superlattices for thermoelectric applications lead to new layer design
有效质量是增大SrTiO 3基热电材料塞贝克系数和电子电导率的主要因素之一[1，2]。本文的目的是澄清，如何超晶格可以改变有效质量和其他功能的能带结构。天然Ruddlesden-Popper相（SrTiO 3）n（SrO）m（n=2，m=1）的情况发生变化，因为TiO 6-八面体由于SrO层的稀释密度而略微延伸。另一个效应是变形的电子密度，这导致垂直于层的有效质量减小，但平行于平面的有效质量增大[3]。对于纯Ruddlesden-Popper相，二维电子气（2DEG）在该各向异性上的有效质量的平均值较小，但是对于某些掺杂元素，可以增加到超过纯Pervoxane的值。以同样的方式，研究了人工超晶格（SrTiO 3）x/（SrTi 1-z（Nb）zO 3）y。当存在精细纳米结构（n=2，m=3或n=3，m=2）时，有效质量增加，当结构变得更粗糙（n=4，m=1）时，确定更小的值。
2008-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Asymmetric Electronic Band Alignment and Potentially Enhanced Thermoelectric Properties in Phase-Separated Mg2X (X=Si,Ge,Sn) Alloys
该研究通过第一性原理计算发现Mg2X合金相分离界面处价带偏移远大于导带偏移，可利用能量过滤效应显著提升p型材料的热电功率因子。
2025-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Sn-substitution on Thermoelectric Properties of Copper-based Sulfide, Famatinite Cu3SbS4
铜基硫化物是一种极具吸引力的热电材料。在这项研究中，我们证明了Sn取代的影响，在300至573 K的电和热输运性质的铁磁Cu 3SbS 4。通过Sn取代，载流子浓度被控制在4 \times 10 ^18至8 \times 10 ^20 cm^-3的范围内。态密度的有效质量被发现是~3.0 me，假设单抛物带模型。直接型光学带隙约为0.9 eV，与密度泛函理论计算结果一致。Sn掺杂样品在573 K时的无量纲优值达到0.1。
2015-02-17 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of the electronic and thermoelectric properties of Fe2 ScX (X = P, As and Sb) full Heusler alloys by using first principles calculations
本文报道了三种新的具有良好热电性能并有望在实验室合成的全Heusler合金。它们是Fe 2 ScP、Fe 2 ScAs和Fe 2 ScSb化合物。前两种化合物为间接带隙半导体，后一种化合物为半金属基态。Fe_2ScP和Fe_2ScAs的带隙分别为0.3和0.09eV。这些化合物显示出沿Γ -X方向存在平坦的导带，这表明了大的类电子有效质量，并且有望使化合物具有非常好的热电行为。在200 K时，Fe_2ScP、Fe_2ScAs和Fe_2ScSb化合物的Seebeck系数分别为-770、-386和-192 UNFV/K。在这些材料中的n型掺杂预期的最大功率因数（PF）。重掺杂的Fe 2ScP和Fe 2ScAs在宽的温度范围内具有PF>60，这与Bi 2 Te 3的PF相当，Bi 2 Te 3是众所周知的并且是商业上使用的最好的热电材料之一。目前的工作表明，这些材料在很宽的温度范围内可能的热电适用性。
2014-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Bipolar conduction asymmetries lead to ultra-high thermoelectric power factor
低带隙热电材料在高温下遭受双极效应，具有增加的电子热导率和降低的塞贝克系数，导致降低的功率因数和低ZT品质因数。在这项工作中，我们表明，存在较强的传输之间的不对称性的传导和价带可以允许高声子限制的电子电导率在有限的塞贝克系数值，从而大大增强功率因数。可以实现的功率因数与其最大单极对应物相比可以显著更大，从而允许ZT品质因数加倍。我们确定这种行为在低带隙的情况下，从半Heusler材料家族。使用这两个，先进的电子玻尔兹曼传输计算现实的材料能带结构，以及模型抛物线电子带，我们详细说明了确定这种效果的参数。然后，我们开发了一系列描述符，这些描述符可以指导机器学习研究在几乎原始的条件下识别具有非凡功率因子的此类材料。为此，我们测试了3000多个分析能带结构及其特征，以及120多个可能的描述符，以确定最有前途的那些，这些描述符包含：i）仅能带结构特征，以便于从材料数据库中识别，以及ii）能带结构和输运参数，这些参数提供了更高的相关性，但参数可用性可能有点稀缺。
2022-02-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
Chemical trends in the high thermoelectric performance of the pyrite-type dichalcogenides: ZnS2, CdS2 and CdSe2
系统地研究了三种黄铁矿型IIB-VIA 2二硫属化合物（ZnS 2，CdS 2和CdSe 2）的热电性能，并与原型ZnSe 2的热电性能进行了比较，以优化其热电性能。利用声子玻尔兹曼输运方程，我们发现它们都具有超低的晶格热导率。通过分析它们的振动特性，这些归因于软声子模式来自松散的束缚的摇铃状金属原子和强烈的非谐振动所造成的所有原子垂直于强束缚的非金属二聚体。此外，通过将这些性质与系列相关联，我们阐明了一些化学趋势。我们发现，较重的原子质量，较大的原子位移参数和金属和非金属原子之间的较长的键长可以是有益的金属原子的松散的嘎嘎声，因此导致较软的声子模式，和较强的非金属二聚体键可以提高非谐性，都导致较低的热导率。此外，我们发现，所有这三种化合物具有复杂的能量等值面在价带和导带边缘，同时允许大的态密度有效质量和小的电导率有效质量的p型和n型载流子。因此，计算的热电优值（ZT），可以达到大值的p型和n型掺杂。我们的研究说明了摇铃状金属原子和本地化的非金属二聚体的热输运性质的影响和不同的载流子有效质量的电输运性质的重要性，在这些黄铁矿型二硫属化物，这可以用来预测和优化热电性能的其他热电化合物在未来。
2022-03-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A high throughput search of efficient thermoelectric half-Heusler compounds
Half-Heusler化合物已经成为有前途的热电材料，提供了巨大的组成空间来调节其热电性能。一类稳定的半赫斯勒化合物，由周期表中三个特定族的元素形成，即X $_{p}$ X $'_{1-p}$ Y $_{q}$ Y $'_{1-q}$ Z $_{r}$ Z $'_{1-r}$（其中X，X $'$ = Ti，Zr，Hf，Y，Y $'$ = Ni，Pd，Pt和Z，Z $'$ = Ge，Sn，Pb和p，q，r = 0，0.25，0.75和1）通过不同的化学计量的等电子元素取代的X，Y和Z位分别进行了研究。智能过滤器采用在我们的高通量密度泛函理论计算的每一步，以过滤化合物，改善品质因数。在确认几个已知结果的同时，计算还揭示了改善化合物类热电性能的未知途径。发现母体Heusler的50%X和Z位点取代分别略微提高了$p$ -和$n$ -型掺杂的功率因数，同时导致品质因数的显著提高（提高$\sim$ 24%），这特别是由于在大约相同的晶胞体积中晶格无序度增加而降低了晶格热导率。此外，本研究证实了实验方案，Y位点取代不会导致功率因数的增强，因为在高对称点的带简并的破坏。这项工作将作为一个综合的成本效益的指导方针，实验工作与此复合类提高功率因数和品质因数的组合物。
2020-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of the Thermoelectric Properties of ZnV$_{2}$O$_{4}$ Compound in High Temperature Region
本文报道了ZnV $_{2}$ O $_{4}$化合物在300-600 K高温下的热电势（$α$）实验数据。在$\sim$ 300 K和$\sim$ 600 K时，$α$的值分别为$\sim$ 184和$\sim$ 126 $μ$ V/K. $α$的温度依赖性行为在测量的温度范围内几乎是线性的。为了理解在该化合物中观察到的大的正$α$值，我们还通过将\textit{ab-initio}电子结构计算与玻尔兹曼输运理论相结合来研究电子和热电性质。在局域自旋密度近似加上Hubbard U近似下，反铁磁基态计算得到U=3.7 eV时的能隙$\sim$为0.33 eV，与实验结果一致.发现价带中空穴的有效质量是导带中电子的近四倍。空穴的有效质量大是该化合物中观察到的正的和大的$α$值的主要原因。在300-410 K温度范围内，计算值与实验值$α$有较好的匹配。功率因数计算表明，通过调节样品的合成条件和适当的掺杂可以提高高温区的热电性能。不同绝对温度下的\textit{figure-of-merit}，ZT的估算值表明ZnV $_{2}$ O $_{4}$化合物在高温范围内是一种良好的热电材料。
2016-09-09 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
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
Stacking-dependent thermoelectric transport in layered Sc_2Si_2Te_6 from first principles
Key Laboratory of Advanced Materials and Devices for Post-Moore Chips, Ministry of Education, University of Science and Technology Beijing（教育部先进后摩尔芯片器件重点实验室，北京科技大学）；School of Mathematics and Physics, University of Science and Technology Beijing（北京科技大学数理学院）
研究层状Sc₂Si₂Te₆三种堆叠序列的热电性能，发现堆叠序列显著影响电子结构和热导率，ABC堆叠具有最高ZT值。
2026-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Effects of Disorder on Thermoelectric Properties of Semiconducting Polymers
有机材料由于其低成本和易于制造而吸引了最近作为热电（TE）转换器的兴趣。我们研究的TE性能的半导体聚合物的高斯无序模型（GDM）的基础上的网站能量的无序的影响，同时采用泡利的主方程的方法模型本地化网站之间的跳跃。我们的模型与实验结果符合得很好，是研究跳跃输运的有用工具。我们发现，较强的重叠网站之间可以提高电导率，而不会产生不利影响的塞贝克系数。我们发现，位置无序有助于形成新的导电路径，增加的概率载流子在高能量站点导致电导率和塞贝克系数的同时增加。另一方面，高能无序导致位点之间的能隙增加，阻碍传输，并对电导率和塞贝克产生不利影响。此外，位置相关性主要影响导电性，而能量相关性对聚合物的TE性质没有影响。我们的研究结果还表明，洛伦兹数增加与塞贝克系数，在很大程度上偏离索末菲值，与实验和相反的带导体。我们的结论是，减少充满活力的障碍，而增加位置的障碍，可以导致更高的TE功率因数。
2019-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Intermolecular interaction enhances thermoelectric performance of molecular junctions
由功能分子形成的新型有机材料对于各种纳米电子应用是有吸引力的，因为它们是环境友好的，广泛可用的和廉价的。自下而上制造方法的最新进展使得设计和合成具有所需功能的功能分子并精确地设计其性质成为可能。这需要更深入地了解构建块的性质，例如单分子是否可以以自组装单层（SAM）的形式转化为许多分子结。因此，了解分子间相互作用的影响变得重要。本文研究了分子间相互作用对金属电极间平行分子结的电荷输运和热电性能的影响。我们表明，电导和塞贝克系数同时增强，导致功率因数的一个数量级以上的增强，作为同一种或不同的两个分子之间的分子间耦合的结果。这种策略可以用来提高热电性能的自组装膜的工程包装密度。
2022-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Insulator VxBi1.08-xSn0.02Sb0.9Te2S as a Promising n-type Thermoelectric Material
本研究报道V掺杂Bi1.08Sn0.02Sb0.9Te2S拓扑绝缘体作为n型热电材料，通过调控带隙和利用拓扑表面态，在550 K实现ZT约0.8，并用廉价硫替代部分碲降低成本。
2023-07-25 cond-mat.mtrl-sci
Fermi surface complexity, effective mass, and conduction band alignment in n-type thermoelectric Mg3Sb2-xBix from first principles calculations
利用第一性原理计算，从从头计算能带结构出发，研究了n型Mg3 Sb 2-xBix（x = 0，1，2）的导带取向、有效质量和费米面复杂因子.我们发现，随着Bi含量的增加，K和M带底远离导带底CB 1，而单简并的$Γ$带底迅速下移并接近导带底。但有利的六重简并CB 1带底仍然占据导带底的主导地位，并且在$Γ$和CB 1带底之间没有带交叉。此外，我们表明，CB 1的载流子袋的能级接近带底M的连接可以强烈地增强载流子袋的各向异性和费米表面的复杂性因子，这可能是在理论功率因子的局部最大值的电子起源。计算结果还表明，随着Bi含量的增加，带隙、态密度、有效质量、Seebeck系数和费米面复杂因子均减小，不利于电输运.然而，随着Bi含量的增加而降低导电有效质量有利于通过提高载流子迁移率和加权迁移率来进行电输运，只要有害的双极效应是微不足道的。结果表明，与n型Mg3 Sb 2相比，n型Mg3 SbBi具有更高的功率因数和更低的理论功率因数的最佳载流子浓度，这在实验中很容易实现。
2019-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Low-Dimensional Transport and Large Thermoelectric Power Factors in Bulk Semiconductors by Band Engineering of Highly Directional Electronic States
热电技术有望解决能源问题，但其开发仍然受到低效率的阻碍。到目前为止，通过降低热导率已经取得了很大的改善，但通过最大化功率因数的改善较少。后者对能带结构提出了明显矛盾的要求：窄的能量分布和低的有效质量。纳米结构中的量子限制或共振态的引入被认为是解决这一悖论的可能方案，但成功有限。在这里，我们提出了一个原始的方法来满足这两个要求，在散装半导体。它利用一些轨道的高度方向性来设计能带结构，并产生一种类似于纳米结构中目标的低维传输，同时保持各向同性特性。使用第一性原理计算，理论概念证明在Fe $_2$ YZ Heusler化合物，产生的功率因数4-5倍，在室温下比经典热电。我们的发现是完全通用的，并合理化的替代化合物具有类似的行为搜索。除了热电，这些可能也与电子、超导或光伏应用有关。
2015-04-02 cond-mat.mtrl-sci
High thermoelectric and optical conductivity driven by the interaction of Boron and Nitrogen dopant atoms with a 2D monolayer Beryllium Oxide
采用密度泛函理论计算方法研究了硼（B）和氮（N）共掺杂BeO单层膜的电子、热学和光学性质。我们的计算表明，与BN共掺杂原子的BeO可以产生更有效的和出色的性能的热响应和光学响应。更重要的是，单层BeO与BN共掺杂原子成为一个直接带隙的半导体相比，原始BeO的绝缘体行为。这项工作的特别注意的是支付的原子配置和B和N掺杂剂原子与BeO的相互作用的影响。B和N原子与BeO单层的相互作用减少了简并能态，形成平带。研究还发现，O和N原子之间存在强吸引力，形成强σ键，打破了BeO结构的对称性。因此，带隙减小，导致半导体行为具有改善的热电性质，例如塞贝克系数和品质因数。减小的带隙和平坦的能带在可见光区域引起高的光学响应，例如折射率、反射率和光学电导率。此外，单层BeO与B和N原子的各向异性关于不同方向的电磁极化。我们期望我们的研究结果可以用于热电和光电子器件的设计。
2021-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Electronic transport descriptors for the rapid screening of thermoelectric materials
用于热电能转换的新型材料的发现有可能通过数据驱动的筛选与高通量计算相结合来加速。提高成功选择候选材料的效率的一种方法是通过使用传输描述符对其进行评估。使用数据驱动的筛选，我们在三角ABX2家族中选择了12个潜在的候选者，然后从第一原理进行电荷传输性质模拟。结果表明，在这些材料中的载流子散射过程中占主导地位的电离杂质和极性光学声子，通常假设的声学声子为主的散射相反。结合基于三声子散射的热导率计算，我们预测p型AgBiS2和TlBiTe2作为潜在的高性能热电材料在中温范围内用于低品位废热收集，预测zT在500 K时大于1。使用这些数据，我们进一步推导出基态载流子迁移率和热电功率因子的传输描述符。除了低载流子质量之外，高介电常数被发现是实现高载流子迁移率的重要因素。建立了介电常数与传输性能之间的二次相关性，并与文献进一步验证。展望未来，介电常数可以作为一个独立的调谐旋钮，用于改善热电性能。
2021-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Figure of Merit in Bismuth-Antimony Fine-Grained Alloys at Cryogenic Temperatures
热电（TE）材料的研究在热能转换为电能和制冷应用中起着至关重要的作用。铋锑合金是一种很有前途的热电致冷材料。本文中，在低温（100- 150 K）下，由微米尺寸晶粒组成的熔纺n型Bi_（85）Sb_（15）块体样品获得了接近0.6的高品质因数ZT。所获得的ZT比多晶平均单晶的~0.4的ZT高近50倍，并且其也显著高于通常用于低温冷却应用的Bi-Te合金中在150 K以下测量的小于~0.3的ZT。改善的热电性能可以归因于从快速凝固实现的细晶粒微观结构，这不仅显著降低了热导率，而且减轻了偏析效应。用热盘法测得在100 K附近的热导率为1.5 W m-1 K-1。在双带有效质量模型下分析了这一有趣的半金属-半导体合金系统的热电性质。研究首次揭示了Bi-Sb合金的禁带宽度随温度的升高而逐渐变窄。这种Bi-Sb合金的磁热电效应进一步改善了TE性能，导致ZT为约0.7。在NdFeB/BiSb/NdFeB复合系统中进一步证实了磁TE效应。具有高ZT的BiSb磁体系统的紧凑性使得能够在热电冷却应用中利用磁TE效应。
2019-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Interplay between Cu diffusion and bonding anisotropy on the thermoelectric performance of double cation chalcohalides $CuBiSeX_{2} (X = Cl, Br)$
本研究通过密度泛函理论计算探究双阳离子硫卤化物$CuBiSeX_{2}$的热电性能，揭示Cu扩散与键合各向异性对声子输运的作用，证实其热/动力学/力学稳定性，发现$CuBiSeCl_2$热电性能优异，为中温热电材料开发提供依据。
2025-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Atomically sharp 1D SbSeI, SbSI and SbSBr with high stability and novel properties for microelectronic, optoelectronic, and thermoelectric applications
在具有低源极到漏极电流的晶体管尺寸的缩放中，高度期望具有某些电子特性的1D半导体。通过第一性原理计算，我们发现了三种具有高稳定性和新颖电子性质的一维材料SbSeI，SbSI和SbSBr。这些一维材料的动力学和热稳定性进行了研究。由于量子限制，体到1D的转变导致带隙、有效质量和静态介电常数的急剧变化，使得1D SbSeI成为栅极长度短于1 nm的晶体管的非常有前途的沟道材料。在小的单轴应变下，这些材料从间接带隙半导体转变为直接带隙半导体，为光电子器件和机械传感器铺平了道路。此外，这些材料的热电性能比它们的本体对应物显著提高。最后，我们证明了合成这种原子尖锐的V-VI-VII化合物的实验可行性。这些非常理想的性能使SbSeI，SbSI和SbSBr有前途的一维材料在未来的微电子，光电子，机械传感器和热电应用。
2017-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Lateral transition metal dichalcogenide heterostructures for high efficiency thermoelectric devices
本文在多尺度量子输运框架下研究了横向TMDC异质结构的热电性能，发现其能带排列可显著提升ZT值和功率因子，为开发超高效平面热电器件开辟了新途径。
2020-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and thermoelectric properties of n- and p-type SnSe from first principles calculations
采用Korringa-Kohn-Rostoker方法和Boltzmann输运方法计算了正交晶系$n$型和$p$型SnSe的电子能带结构、费米面和电子输运性质.该分析解释了温度对$Pnma$结构中晶体学参数的影响以及在$T_c\sim 807 $ K下向$CmCm$结构的相变。在$T_c$之前的结构中改变晶体学参数时，导带和价带发生了显著的变化，而相变主要导致带隙值的跳跃。在宽的温度（$15-900 $ K）和空穴（$p-$型）和电子（$n-$型）浓度（$10^{17}-10^{21}$ cm $^{-3}$）范围内计算了动力学参数张量（速度、有效质量）和由此产生的传输量张量（电导率$σ$、热电势$S$和功率因数PF）的对角分量。锡硒示出具有很强的各向异性的电子传输性能的两种类型的电荷导电性，如预期的层状结构。一般来说，$p$型的有效质量比$n$型的大.有趣的是，$p$型SnSe具有强烈的非抛物线色散关系，最高价带具有“布丁模”状形状。$σ$、$S$和PF张量的分析表明，层间电子传输有利于$n$型SnSe的热电性能，而该方向在$p$型SnSe中被阻断，其中面内传输是优选的。我们的研究结果预测，$n$型SnSe可能是比$p$型更好的热电材料.理论计算结果与单晶$p$ -SnSe的测量结果进行了比较，结果吻合较好.
2015-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Anharmonicity Driven by Vacancy Ordering Unlocks High-performance Thermoelectric Conversion in Defective Chalcopyrites II-III$_2$-VI$_4$
Ningbo University（宁波大学）；University of the Basque Country (UPV/EHU)（巴斯克大学）；Centro de Física de Materiales (CFM-MPC), CSIC-UPV/EHU（材料物理中心（CFM-MPC），西班牙国家研究委员会-巴斯克大学）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；Dartmouth College（达特茅斯学院）；Technical University of Darmstadt（达姆施塔特工业大学）；Technische Universität Wien（维也纳工业大学）；Linköping University（林雪平大学）；Suzhou Laboratory（苏州实验室）；Gusu Laboratory of Materials（姑苏材料实验室）
通过结合第一性原理计算与机器学习互原子势，研究II-III₂-VI₄缺陷黄铜矿的晶格热输运和载流子输运性质，发现空位有序增强晶格畸变，导致强非谐振性和金属-阴离子杂化，从而降低晶格热导率并提高ZT值。
2026-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Calculation of Efficiency and Power Output by Considering Different Realistic Prospects for Recovering Heat from Automobile using Thermoelectric Generator
在这项工作中，我们正在开发理论原型，并改进安装在汽车上的热电发电机（TEG）的技术。我们已经考虑了从报告的热气体入口处的质量流率和温度变化的Z字形曲线拟合的线性曲线。因此，冷却剂的温度也在入口处从300 K线性变化到320 K，并且对应于冷却剂的质量流率。环形翅片安装在水套后的热电材料（TEM）的每一个圆形层周围。通过每个翅片的热损失计算为24 W。在每个TEM处进行能量平衡，并相应地计算通过TEG的每个段传递的功率量为32 W。我们计算了$Bi_2Te_3$和$TiO_{1.1}$杂化体达到各自温度范围所需的TEM样品长度。该计算通过考虑推导为$s =\frac{\sqrt{1+ ZT}-1}{αT}$的相容性因子来完成，该相容性因子是电流密度与传导热通量的比率。对于该特定组合获得的长度为$\sim$ 8 mm。为此，我们已经报道了对于上述组合的不同TEG层，相对于来自汽车的热烟道气的质量流率的效率。在这里，我们已经探索了安装多个不同层的TEG模块的可能性，这些模块可以安装在排气室的整个侧表面区域。同时讨论了由于高温引起的透射电子显微镜表面热失配判据。为了保持TEM的热膨胀或收缩，提供了弹簧和螺栓装置，其固定在氧化铝陶瓷基底上。对于汽车来说，如果考虑电源温度为800 K，那么在300 ~ 800 K的温度范围内，理想的输出功率为58 W。
2017-08-09 cond-mat.mtrl-sci
Ab Initio Prediction of Large Thermoelectric Effect in Distorted Heusler Alloy Ti-Fe-Sb Compound
本研究通过第一性原理计算预测畸变Heusler合金TiFe$_{1.5}$Sb具有低晶格热导率和高Seebeck系数，在300 K和500 K时ZT值分别达0.88和0.91，展现出作为热电材料的巨大潜力。
2025-05-25 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Giant Anharmonic Phonon Scattering in PbTe
了解影响体热导率的微观过程对于开发更高效的热电材料至关重要。PbTe是目前领先的热电材料之一，这主要归功于其低热导率。然而，迄今为止，在简单的岩盐结构中这种低导热率的起源一直难以捉摸。使用非弹性中子散射测量和声子的第一性原理计算的组合，我们确定了强的铁电横向光学（TO）模式和纵向声学（LA）模式之间的非谐耦合在PbTe。这种相互作用在倒易空间的很大一部分上延伸，并直接影响载热LA声子。LA-TO非谐耦合可能在解释PbTe的低热导率方面发挥核心作用。目前的结果提供了一个微观图片，为什么许多好的热电材料被发现附近的晶格不稳定性的铁电类型。
2011-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric performance of p-type half-Heusler alloys ScMSb (M = Ni, Pd, Pt) by ab initio calculations
从第一性原理研究了ScNiSb、ScPdSb和ScPtSb的结构、电子和输运性质。电子能带结构内得到的完全相对论MBJLDA方法进行了比较，从标准的GGA计算。所研究的所有化合物都具有间接窄带隙（0.24-0.63 eV）。类空穴载流子的有效质量相对较小（0.27-0.36），并且随着过渡金属组分的原子序数的增加而减小。载流子弛豫时间，所需的电导率的现实计算，近似内的变形势理论。GGA的方法得到高估的传输特性相对于那些来自MBJLDA分析。ScPtSb在高温下获得的最大功率因子为4-6 mWK（^-2 m（^-1）。该值与Fe-Nb-Sb半Heusler合金实验观察到的值相当，因此使ScPtSb成为热电应用的非常好的候选材料。
2018-04-23 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous scaling law for thermoelectric transport of 2D-confined electrons in an organic molecular system
低维度的受限电子为缩小规模的电子器件以及先进的能源技术提供了理想的材料功能。热电性是一个最吸引人的例子，因为维度极大地改变了电子态密度，导致在人工二维（2D）结构中实验检测到的增强的热电性。然而，它仍然是一个悬而未决的问题，这种增强的热电性在低维是否实现在层状材料具有强的二维字符，如铜酸盐。在这里，我们报告不寻常的增强的层状有机化合物$α$ -（BEDT-TTF）$_2$ I $_3$，其中BEDT-TTF代表双（亚乙基二硫代）-四硫富瓦烯的热电势。我们发现$α$ -（BEDT-TTF）$_2$/$_3$的Jonker曲线（热电势$S$对电导率的对数$\logσ$）的斜率显著大于常规半导体的斜率。此外，在相关的层状盐中也看到了大的斜率，证明了层状有机物中的二维受限载流子对热电性的影响。
2022-10-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.str-el
Theory of Phason Drag Effect on Thermoelectricity
Lee，Rice和Anderson在他们的不朽论文中证明了在Peierls态中一维无公度电荷密度波（CDW）中存在描述电子密度和声子耦合运动的集体模。这种模式，它代表了电子和晶格畸变的相干滑动运动，并影响低能量输运特性，是由复杂的Peierls凝聚体的序参量的相位描述，导致在纯系统中的Fröhlich超导性。然而，一旦出现空间无序，相子被钉扎，系统转变为绝缘的基态：这是一个戏剧性的变化。由于相位子可以被认为是声子拖曳效应的一个极限，因此，本文基于Kubo和Luttinger的线性响应理论研究了相位子对热电效应的影响。结果表明，在低温下，当k_BT/Δ<<1（Δ：Peierls能隙）时，Seebeck系数的绝对值与电阻率的平方根成正比，且与无Peierls能隙时的电子贡献相反。
2020-11-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Review on thermoelectric properties of transition metal dichalcogenides
本文综述TMDs热电性能的实验研究，梳理成分、掺杂、非化学计量比和样品形态等优化组合，并模拟全TMD器件用于微米级制冷或发电的性能。
2025-02-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anomalous band renormalization due to high energy $kink$ in the colossal thermoelectric material K$_{0.65}$RhO$_2$
采用高分辨角分辨光电子能谱（ARPES）技术和密度泛函理论（DFT）计算方法，研究了K $_{0.65}$ RhO $_2$的低能电子结构和电子关联.我们观察到一个高度相关的费米面上的空穴袋。我们进一步注意到，相关性是动量依赖的。最重要的是，两个$kinks$在75 meV和195 meV的结合能已被观察到的费米能级附近的能带色散。虽然75 meV的低能$kink$可以理解为电子-声子相互作用的结果，但195 meV的高能$kink$的存在完全是该系统的一个新发现，导致了异常的带重正化。基于我们的实验数据的系统分析，我们提出高频玻色子激发作为一个合理的起源的高能量异常。此外，我们注意到，高能量异常具有重要的意义，在获得巨大的热电势的K $_{0.65}$ RhO $_2$。
2020-07-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
