The influence of non-idealities on the thermoelectric power factor of nanostructured superlattices
由交替势阱和势垒的纳米级层组成的交叉平面超晶格由于其提供热电功率因数改善和更高ZT优值的潜力而引起了极大的关注。先前的理论工作已经表明，优化势垒的存在可以通过载流子能量滤波来改善塞贝克系数，这将功率因数提高高达40%。然而，这一预测的实验证实是非常少的。在这项工作中，我们采用量子力学电子输运模拟概述的随机变化，缺陷和非最佳的障碍形状在超晶格几何形状对这些预测的功率因数改善的不利影响。因此，我们的目标是评估这些理论收益的鲁棒性或脆弱性，在面对的类型的变化，人们会发现在实际的材料系统。我们表明，这些功率因数的改善是相对稳健的反对：过厚的障碍，扩散的障碍到身体的井，和随机波动的障碍间距和宽度。然而，值得注意的是，我们发现，极薄的障碍和随机波动的障碍高度低至10%是足以完全破坏任何优化的几何形状的功率因数的好处。我们的研究结果可以为纳米结构热电提供性能优化路线，并阐明为什么显着的功率因数改善通常没有实现超晶格，尽管理论预测的原因。
2015-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Hierarchically nanostructured thermoelectric materials: Challenges and opportunities for improved power factors
在过去的几十年里，热电材料领域经历了革命性的转变，这是由于能够纳米结构化和合成无数材料及其合金。量化热电材料性能的ZT优值在数十年的不活动后增加了一倍以上，达到大于2的值，在不同材料和温度下保持一致。这种ZT改进的核心是由于声子在许多界面、边界、位错、点缺陷、相等上的散射而导致材料热导率的急剧降低，这是故意包括在内的。在这些新一代的纳米结构材料中，形成了不同尺寸和几何构型（原子、纳米和宏观尺度）的声子散射中心，这些声子散射中心能够在整个光谱中散射平均自由程的声子。除了降低热导率之外，关于如何使用类似的分层纳米结构来实现功率因数改善的想法也开始出现。放松的电导率和塞贝克系数的不利的相互依赖性的方式是有针对性的，这使得功率因数的改善。为此，需要优雅的设计，其利用例如下面的纳米结构几何形状中的不均匀性、掺杂剂分布中的不均匀性或在材料之间的边界处形成的势垒。最近的一些理论和实验报告表明，即使对于同样的几何形状，也可以实现极高的功率因数值，并且还提供超低的热导率。尽管在纳米结构实现中具有所需的控制可能会出现实验复杂性，但在这次座谈会上，我们的目标是主要从理论上证明，这是一条非常有前途的道路，值得探索。
2020-12-22 cond-mat.mtrl-sci
Morphology-engineered nanostructured silver- and antimony-telluride films for flexible thermoelectric generators
Indian Institute of Technology Mandi（印度理工学院曼迪分校）；Rensselaer Polytechnic Institute（伦斯勒理工学院）；Uppsala University（乌普萨拉大学）
本研究通过结构工程化银-锑碲薄膜实现了柔性热电发电机的高性能发电，通过掺杂和形态优化显著提升了功率因子和输出性能。
2025-12-07 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
Limitations of zT as a Figure of Merit for Nanostructured Thermoelectric Materials
对热电纳米复合材料进行了数值研究。热电性能作为平均晶粒尺寸或纳米颗粒密度的函数进行检查，通过模拟测量，因为它们将在实验中完成。根据以前的理论和实验结果，我们发现，塞贝克系数，功率因数和品质因数，zT，可以增加纳米结构时，周围的晶界或嵌入的纳米粒子存在的能量障碍。然而，当我们模拟具有相同材料的热电冷却器的性能时，我们发现最大温差远小于给定zT的预期。没有电活性晶界的相同纳米复合材料具有较低的测量zT，但较高的最大冷却温度。解释了这些结果的物理原因。结果表明，zT作为电活性晶界的纳米复合材料的品质因数的局限性，并建议通过纳米结构化来提高热电材料的电性能的能力是有限的。
2019-07-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Trans-scale spin Seebeck effect in nanostructured bulk composites based on magnetic insulator
National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）；Toyota Technological Institute（名古屋工业大学）；The University of Tokyo（东京大学）
通过动态粉末溅射和低温烧结制备Pt涂层钇铁石榴石粉末的纳米结构块体复合材料，实现跨尺度自旋塞贝克效应，克服薄膜扩散限制，实现可扩展体积热电发电。
2026-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric and galvanomagnetic properties of bismuth chalcogenide nanostructured hetero-epitaxial films
采用热壁技术在云母（白云母）衬底上生长了Bi_2Te_3块状单晶薄膜和Bi_（0.5）Sb_（1.5）Te_3固溶体薄膜。X射线衍射研究表明，在薄膜中的结晶c轴是垂直于基板平面。在77-300 K温度区间和磁场高达14 T的磁场和电场的不同取向下测量了Seebeck系数、电导率和磁阻张量分量。根据能谱的多谷模型，利用简并参数和Seebeck系数的温度依赖性，研究了薄膜中载流子的散射机制。结果表明，由于载流子在界面和晶间界面上的散射，有效散射参数与弱简并薄膜中载流子的声散射参数有很大的差别。这些载流子散射的特征被认为影响了薄膜中的电子输运并提高了品质因数。
2014-07-12 cond-mat.mtrl-sci
Efficiency in nanostructured thermionic and thermoelectric devices
固态器件设计的进步现在允许以以前不可能的方式设计电子和热电器件中的透射电子的光谱。在这里，我们表明，在这些设备中的电子能谱的形状对其性能有显着的影响。我们区分传统的电子设备，其中电子动量仅在传输方向上被过滤，第二种类型，其中电子过滤根据总电子动量发生。这种“总动量过滤”的氪电子器件可以潜在地在例如量子点超晶格中实现。它示出，虽然总动量过滤电子设备可以实现等于卡诺值的效率，传统的电子设备的效率被限制在低于此。我们的第二个主要结果是，一个设备的电子效率不仅提高了通过减少传输滤波器的宽度，如前所示，但也强烈依赖于传输概率是否急剧上升，从零到全传输。通过急剧上升的传输概率来提高效率的好处在于，与使用可以大大降低功率的窄传输滤波器相比，可以在不牺牲器件功率的情况下实现效率的提高。我们表明，具有急剧上升的传输概率的设备显着优于那些没有，它示出这样的传输概率可以实现与实际的单和多屏障设备。最后，我们评论的影响的形状的电子能谱的热电器件的效率。
2005-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Reversible thermoelectric nanomaterials
热电材料中的不可逆效应限制了它们在发电和制冷应用中的效率和经济性。虽然电子输运是不可逆的散装材料，在这里，我们得到的条件下，可逆的扩散电子输运可以实现在纳米结构的热电材料通过相同的物理机制，利用量子光学热机。我们的研究结果可以提供一个非常高的效率最近报道的纳米结构的热电材料，如量子点超晶格的物理解释。
2004-07-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Enhanced figure of merit in nanostructured (Bi, Sb) 2 Te 3 with optimized composition, prepared by a straightforward arc-melting procedure
自20世纪50年代以来，Sb掺杂的Bi 2 Te 3被认为是近室温工作的最佳热电材料。材料性能的改进预期来自纳米结构化过程。我们提出了一种简单而快速的方法来合成已经纳米结构的颗粒，表现出增强的ZT由于一个显着低的热导率和异常高的塞贝克系数的标称组合物优化电弧熔化：Bi0.35Sb1.65Te3。我们提供了一个详细的结构分析的Bi 2-xSbxTe 3系列的基础上，中子粉末衍射的组成和温度的函数，揭示了原子振动所发挥的重要作用。电弧熔化产生具有小于50 nm厚的片的层状片晶。低热导率归因于纳米片的晶界处的声子散射。这是高效热电材料的快速且具有成本效益的生产方法。
2018-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Transport simulations in hierarchically disordered nanostructures for thermoelectric material design
分级纳米结构材料，其中在各种长度尺度（在原子尺度、纳米尺度和介观尺度）引入无序是实现极低热导率和改善热电性能的最有前途的方向之一。在这里，我们从理论上研究这样一个系统，纳米晶材料与纳米孔之间的结晶区域。电子输运采用非平衡格林函数方法，声子输运采用分子动力学方法。
2019-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Absence of superconductivity in pulsed laser deposited Au/Ag modulated nanostructured thin films
我们利用脉冲激光沉积技术，在金属靶上生长了Au/Ag调制纳米结构薄膜。在室温下进行的生长涉及在晶体硅（100）和石英衬底上沉积两种金属的交替层，其中Au的厚度较大，Ag的厚度小得多（两种情况）。然而，表征表明，纳米结构的配置是实现在薄膜中。通过X射线衍射（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）和X射线能量色散分析（EDAX）、磁化强度（M-T）和电阻率（Rho-T）测量对薄膜进行了表征。磁化强度和电阻率的测量证实，有没有签名的超导转变的温度范围内的5 K至300 K的研究在这些薄膜。
2018-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Nanostructured clathrates and clathrate-based nanocomposites
金属间化合物笼形物是室温以上热电应用的候选材料。在这里，我们探索它们固有的低晶格热导率是否可以通过纳米结构化进一步降低，以及这是否可以进一步提高它们的热电性能。{As本体纳米结构化路线我们研究了熔体纺丝和球磨。为了优化压实过程和/或稳定纳米结构，我们改变了工艺参数，使用添加剂，并研究了基于笼形物的复合材料。笼形纳米线作为更简单的模型纳米结构的初步结果。
2019-07-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Engineering Enhanced Thermoelectric Properties in Zigzag Graphene Nanoribbons
我们从理论上研究了锯齿形石墨烯纳米带在存在外延线缺陷、衬底杂质和沿纳米带长度方向的边缘粗糙度的情况下的热电性能。电子结构采用最近邻紧束缚模型，声子带结构采用第四近邻力常数模型。对于运输，我们采用量子力学非平衡格林函数模拟。从原始的锯齿形纳米结构，表现出非常差的热电性能，我们演示了如何经过一系列的工程设计步骤的性能可以大大提高。我们的研究结果可能是有用的，在设计高效的纳米结构的石墨烯纳米陶瓷基热电器件。
2012-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Nanostructured potential well/barrier engineering for realizing unprecedentedly large thermoelectric power factors
这项工作通过半经典玻尔兹曼输运理论和模拟描述了一种新的纳米结构材料设计，可以导致前所未有的高热电功率因数，与最佳体材料功率因数相比，改进了一个数量级以上。该设计基于特定的晶粒/晶界（势阱/势垒）工程，以便：i）使用势垒实现载流子能量过滤，结合ii）高于通常的掺杂操作条件使得利用高载流子速度和平均自由路径，（三）在越过势垒之后最小的载流子能量弛豫以将势垒的高塞贝克系数传播到势阱中，重要的是iv）形成中间无掺杂剂（耗尽）区域。因此，该设计由三区域几何结构组成，其中高掺杂驻留在势阱的中心/核心中，掺杂剂耗尽区域将掺杂区域与势垒分离。结果表明，过滤屏障是最佳的，当他们减轻他们引入的导电性降低，这可以主要是当他们是清洁的掺杂剂在过滤过程中。另一方面，当势阱通过以下方式减轻它们引入的降低的塞贝克时，势阱是最佳的：i）不允许载流子能量弛豫，并且重要的是ii）通过减轻高浓度掺杂剂杂质引起的迁移率降低。掺杂剂分离，与周围的势垒干净的掺杂剂耗尽区，服务于这个关键的目的，提高迁移率的声子限制的迁移率水平的井。使用量子输运模拟以及半经典的蒙特卡罗模拟，我们也验证了重要的成分，并验证这种清洁过滤设计。
2020-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Control of Valley Degeneracy in MoS2 by Layer Thickness and Electric Field and Its Effect on Thermoelectric Properties
我们研究了MoS2多层膜的谷简并及其对热电性能的影响。通过调节层厚和外加电场，使最高能量价带中的Γ和K点的空穴谷和最低能量导带中的K和Kmin点的电子谷发生不同程度的位移。在外加电场作用下，单层MoS2中出现空穴谷简并，双层MoS2和单层MoS2中出现电子谷简并。通过调节谷简并度，可以分别控制Seebeck系数和电导率，并在有（无）外电场的情况下获得最大功率因数.我们认为过渡金属二硫属化合物是研究谷简并度在层间相互作用和外电场强度控制下的热电和光学性质中的作用的一个很好的例子。
2015-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Electronic transport computation in thermoelectric materials: From ab initio scattering rates to nanostructures
本文开发了一套由三个软件包组成的热电材料电子输运计算流程，从从头算电子-声子散射率出发，经玻尔兹曼输运模拟，再到蒙特卡洛模拟纳米结构，兼顾精度与计算效率。
2023-07-25 cond-mat.mtrl-sci
Thickness optimization of the output power and effective thermoelectric figure of merit of thin thermoelectric generator
传统的热电品质因数和功率因数不足以作为热电材料的薄膜质量的量度，其中功率转换效率取决于薄膜尺寸。考虑薄膜尺寸的影响，引入有效热电优值和有效塞贝克系数，保证最大能量转换效率随有效热电优值的增大而增大。同样，定义了有效功率因数。通过介绍Bi $_2$ Te $_3$和PEDOT的典型材料特性，研究了有效优值和有效功率因数的厚度依赖性。
2022-06-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electrical transport and magnetic properties of nanostructured La0.67Ca0.33MnO3
采用脉冲激光沉积法在多孔Al 2 O3表面制备了纳米结构La0.67Ca0.33MnO3（NS-LCMO）。随着薄膜平均厚度的增加，NS-LCMO的电阻峰值温度（Tp）增加，而居里温度（Tc）保持不变。样品的矫顽场随薄膜厚度的减小而增大，其温度依赖关系可用Hc（T）= Hc（0）[1-（T/TB）1/2]来描述。NS-LCMO具有较大的磁电阻和较强的记忆效应。从尺寸效应、库仑阻塞和磁隧穿效应等方面对结果进行了讨论。这项工作也展示了一种新的方法来获得纳米结构的锰氧化物。
2004-03-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Diffusive Phonons in Nongray Nanostructures
纳米结构半导体材料由于其抑制声子输运同时保持电性能的潜力而成为热电材料的有希望的候选者。模拟复杂几何结构中的声子边界散射对于预测具有高转换效率的材料至关重要。然而，同时存在的弹道和扩散声子的挑战的发展模型，是准确的和计算上容易处理的。利用最近发展的第一性原理玻尔兹曼输运方程（BTE）方法，我们研究了具有宽平均自由程（MFP）分布的纳米材料中的扩散声子。首先，我们推导出短MFP限制的抑制功能，表明它不一定恢复标准扩散运输预测的值，挑战以前的假设。其次，我们确定了一个罗宾型边界条件描述扩散表面内傅立叶定律，扩展的有效性扩散传热的克努森数。最后，我们使用这个结果开发一个混合傅立叶/BTE方法来模拟现实的材料，获得良好的协议与实验。这些结果提供了对实验范围内的材料中的热传输的见解，并为大规模筛选纳米结构热电材料提供了机会。
2017-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure and Failure Characteristics of Nanostructured Molybdenum Copper Composites
液态金属渗透的Cu 30 Mo 70（重量百分比）使用高压扭转经受剧烈的塑性形变。最初的等轴双相组织逐渐转变为由单独的Cu和Mo层组成的层状组织。薄片的厚度在微米和纳米范围之间变化，这取决于施加的应变的量。与微观结构特征的细化一致，强度和硬度显著增加。此外，在中间变形范围内发现可接受的延展性。通过测量不同裂纹扩展方向的断裂韧性，对所生产的复合材料的损伤容限进行评估。结果表明，一个显着的各向异性的发展与变形程度的增加，这是一个效果的并发对齐的纳米结构的层状复合材料的剪切平面。
2020-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric transport perpendicular to thin film heterostructures using Monte Carlo technique
Monte Carlo技术被用来计算跨薄膜异质结构的电以及热电输运性质。我们研究了一个薄的InGaAsP势垒层夹在两个InGaAs接触层之间，当势垒厚度在50 nm-2000 nm范围内时。我们发现，随着尺寸的减小，有效塞贝克系数大幅增加。还描述了纯弹道电子输运和完全扩散热电输运之间的转变。
2006-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric La-doped SrTiO3 epitaxial layers with single-crystal quality: from nanometer to micrometer and mosaicity effects
高品质的热电LaxSr 1-xTiO 3（LSTO）层（这里与x = 0.2），厚度范围从20 nm到700 nm，已外延生长在SrTiO 3（001）衬底上的增强型固体源氧化物分子束外延。所有的膜都是原子级平坦的（均方根粗糙度< 0.2 nm），具有低镶嵌性（<0.1°），并且呈现非常低的电阻率（在室温下<5 x 10-4 ohm.cm），比商业Nb掺杂的SrTiO 3单晶衬底低一个数量级。在此厚度范围内的运输性能的守恒已被证实的热电测量，其中塞贝克系数约-60 microV/K已被发现的所有膜，因此。最后，给出了镶嵌性和（热）电性能之间的相关性。这些功能性LSTO膜可以集成在光微电子器件中的Si上作为透明导体、热电元件或非易失性存储器结构。
2017-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Spectral characteristics and morphology of nanostructured Pb-S-O thin films synthesized via two different methods
采用化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）两种不同的实验技术，制备了寿命很短的硫化铅（PbS）薄膜。我们使用各种技术，即AFM，SEM，EDAX，AES和HRTEM研究了所获得的PbS薄膜的形貌。在CVD的情况下，我们发现，表面由晶粒尺寸在平面（直径为300 nm，高度为200 nm），而相同的顺序的晶粒尺寸已被观察到PVD。另一方面，SEM研究表明，两种薄膜中不同形貌的PbS颗粒具有均匀的粒径分布。从EDXS研究中获得了少量的钠，其可能来源于在550-600 ℃的温度下进行沉积工艺的基材。而对于CVD，在最小加速电压5 kV下，硅出现在谱中，这意味着X射线产生电压数据的区域超过膜的厚度（其中膜的厚度约为0.4微米）。AES证实这些膜的表面层（PVD）含有碳和氧，其厚度为0.1微米。在膜中1.3微米的深度处，这些元素再次增加，这对应于1.5微米的膜厚度。通过HRTEM观察到PVD膜层，研究证实氧层位于结构的顶部，而CVD膜层不仅有沿微晶边界的氧，而且在与衬底的边界深度处也有氧积累。我们的形貌的结果表明，在光谱特性的变化（CVD和PVD）沉积的薄膜的结构和晶体尺寸有关。
2014-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Biomimetic method for metallic nanostructured mesoscopic models fabrication
在多孔膜中通过脉冲电流电镀生长纳米线时，产生了各种形状复杂的金属结构，类似于植物、蘑菇和贝壳等自然物体。如果在纳米线到达膜表面后继续电镀，则这些结构作为纳米线自组装（仿生学）的结果而发生。通过改变膜的几何形状和脉冲电流参数，以及从具有不同电解质的两个浴中交替电镀，制造了各种模型，包括壁厚为10-30 nm的中空容器。论证了模型形状调控的可能性：在一定条件下，得到了蘑菇状和贝壳状的同类凸凹模型。模型在纳米、微米和介观层次上的层次结构通过碎片化和化学蚀刻显示出来。
2013-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Study on Thickness and Temperature Dependence of Thermoelectric Properties in SnS Nanofilms
School of Energy and Power Engineering, Dalian University of Technology（大连理工大学能源与动力学院）；Dalian University of Technology（大连理工大学）；School of Physics and Technology, Nanjing Normal University（南京师范大学物理科学与技术学院）；Nanjing Normal University（南京师范大学）
本研究通过TDTR和ZEM-3系统测量不同厚度SnS纳米薄膜在300-600K的热电性能，发现低维化显著提升ZT值，归因于量子限域、能量过滤和声子散射增强，为环保中温热电材料提供实验与理论依据。
2026-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic and Thermoelectric Properties of Few-Layer Transition Metal Dichalcogenides
计算了1 ~ 4个单层的MoS $_{2}$、MoSe $_{2}$、WS $_{2}$和WSe $_{2}$的电子和热电性质。对于较少的层厚度，导带$K$和$Σ$谷以及价带$Γ$和$K$谷的近简并增强了n型和p型热电性能。层间杂化和能级分裂决定了谷最小值的$k_BT$内的模式数量如何随层厚度变化。在所有情况下，最大ZT与带边缘的$k_BT$内的最大近简并一致，这导致模式密度的最急剧的开启。出现这种最大值的厚度通常不是单层。从几个层到散装的过渡进行了讨论。所有材料和层厚度的有效质量、能隙、功率因数和ZT值均以表格形式列出。
2014-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single-Crystal Silicon Thermoelectrics by Phonon Engineering
在此，我们报告了使用纳米结构的晶体硅作为热电材料和其集成到热电采集器。概念验证依赖于通过引入尺寸在电子平均自由程和声子平均自由程之间缩放的孔来部分抑制晶格热输运。换句话说，我们人为地瞄准了电子晶体声子玻璃权衡热电效率。这些器件是使用CMOS兼容工艺制造的，在热电堆之间的温差从几K到200 K的情况下，其发电量从每平方厘米几微瓦到每平方厘米几毫瓦。这些数字证明了使用面积小于平方厘米的硅芯片为具有环境或身体热量的自主设备供电的能力。本文还报道了使用开发的示范集成热电冷却的可能性。
2022-07-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
0-pi oscillations in nanostructured Nb/Fe/Nb Josephson junctions
铁磁约瑟夫森结中的$π$相移的物理学可以实现自旋电子器件和量子计算的一系列应用。我们研究了Nb/Fe/Nb约瑟夫森结中Fe势垒厚度从0.5 nm变化到5.5 nm时从“0”态到"$π$"态的跃迁。从磁性测量，我们估计Fe的磁死层约1.1纳米。通过拟合的特征电压振荡与现有的理论模型，我们推断的交换能量为256毫电子伏，费米速度为$1.98 \times 10^5$ m/s和电子平均自由程为6.2 nm，与其他报道的值一致。从$I_CR_N$产物的温度依赖性，我们表明，其衰减速率与Fe势垒厚度表现出非单调振荡行为。
2007-07-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Current transport and thermoelectric properties of very high power factor Fe3O4 / SiO2 / p-type Si (001) devices
在100 ~ 300 K温度范围内研究了Fe 3 O 4厚度为150、200和350 nm的Fe 3 O 4/ SiO2 /p型Si（001）异质结的电流输运和热电性质。我们观察到在200 K的面内电阻率的急剧下降，由于开始沿Si / SiO2界面的导电相关的电子从Fe 3 O 4隧穿到在Si / SiO2界面的空穴的积累层，其存在被证实的电容-电压测量和霍尔效应的两个频带分析。这伴随着Seebeck系数在300 K时达到+1000 μV/K的大幅度增加，这与p型Si（001）中的空穴有关，并且当Fe 3 O 4层厚度减小到150 nm时给出70 mW/K2 m的功率因数。结果表明，在300 K时，大部分电流在Fe_3 O_4层中流动，而Fe_3 O_4/SiO_2/p型Si（001）异质结构在横向上表现为隧道pn结。
2014-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric prospects of nanomaterials with spin-orbit surface bands
传统热电材料如Bi、Bi（1-x）Sb（x）和Bi（2）Te（3）的纳米结构复合材料和纳米线阵列具有金属Rashba表面自旋轨道带，其特征在于高迁移率，可与已经提出的拓扑绝缘体行为相媲美。近纯表面电子输运已被观察到在低温下在Bi纳米线的直径约为临界直径，50 nm，半金属到半导体的过渡。表面对热电势有很大贡献，实际上在这些纳米线中温度T < 100 K时占主导地位。表面热电势为-1 T微伏/（K^2），这个值与理论相符。我们表明，表面电子输运与边界声子散射导致增强的热电性能在低温下的Bi纳米线阵列。我们与体n-BiSb合金，优化CsBi（4）Te（6）和优化Bi（2）Te（3）进行了比较。在其他传统热电材料中，可以预期表面主导的电子输运。
2011-08-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Confinement- and strain-induced enhancement of thermoelectric properties in LaNiO$_3$/LaAlO$_3(001)$ superlattices
通过结合从头算模拟（包括原位库仑排斥项）和玻尔兹曼理论，我们研究了（LaNiO $_3$）$_n$ /（LaAlO $_3$）$_n$（001）超晶格（$n=1,3$）的热电性质，并确定了对限制、间隔层厚度和外延应变的强烈依赖性.虽然具有$n=3$的系统示出了适度的塞贝克系数和功率因数值，但LaNiO $_3$区域和LaAlO $_3$间隔物厚度同时减小到单层导致了强烈的增强，特别是平面内值。这种效果可以进一步调整，通过使用外延应变作为控制参数：根据拉伸应变对应于SrTiO $_3$的横向晶格常数，我们预测在平面内和跨平面塞贝克系数的$\pm 600$ $μ$ V/K和在平面内的功率因数$11$ $μ$ W/K $^2$ cm的估计弛豫时间为$τ= 4$ fs在室温附近。这些值与一些性能最好的氧化物系统，如La掺杂的SrTiO $_3$或层状钴酸盐相当，并且与八面体倾斜和Ni-位点平行化的伴随效应引起的小间隙（$0.29$ eV）的开口相关。这建立了氧化物超晶格在边缘的金属到绝缘体的转变驱动的限制和应变作为热电材料的有前途的候选人。
2018-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Impact of the Topological Surface State on the Thermoelectric Transport in Sb$_2$Te$_3$ Thin Films
基于密度泛函理论和紧束缚方法，对p型Sb $_2$ Te $_3$薄膜的热电性质进行了从头计算.基于玻尔兹曼方程，在扩散输运极限下计算了与厚度相关的电导率和热功率。的体积和表面的传输系数的贡献是分开的，这使得能够确定一个明确的影响的拓扑表面状态上的热电性能。通过调节载流子浓度，实现了表面态主导和Fuchs-Sondheimer输运状态之间的交叉。通过原子层沉积法生长的Sb $_2$ Te $_3$薄膜的热电输运测量证实了计算结果。
2015-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Multi-scale characterization of hexagonal Si-4H: a hierarchical nanostructured material
在这项工作中，我们提出了一个详细的结构表征的Si-4 H，一个新发现的散装形式的六方硅（Si）与潜在的光电应用。使用多尺度成像，我们揭示了一个层次结构的Si-4 H的形态从高压合成。我们展示了离散的结构单元，血小板，在中间的长度尺度之间的散装粒料在高压下合成和在以前的研究中推断的片状微晶。对血小板的直接观察揭示了它们的2D结构，其平面跨越数百纳米到几微米，厚度仅为数十纳米。我们分离并分散了小包的准单晶片，这使我们能够分析每个晶粒内的晶域。有了这个观点，我们证明，Si-4 H血小板代表最小的晶体结构单元，它可以在单畴水平弯曲。我们的准-2D，灵活的六方Si-4 H片晶的表征和概念证明，可以分散和操纵的片晶很简单地展示了设计新的光电和太阳能器件的机会。
2021-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Electrochemically-driven formation of Intermetallic Cu3ZnLi2 alters Li-transport in nanostructured bimetallic battery anode
研究无负极Li金属电池中α黄铜集流体在循环下形成三元Laves相Cu3ZnLi2的微观结构演变机制及其导致死锂与容量损失的影响，为二元合金集流体评估提供指导。
2025-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Significant Phonon Drag Enables High Power Factor in the AlGaN/GaN Two-Dimensional Electron Gas
在典型的热电能量采集器和传感器中，塞贝克效应是由电子或空穴在温度梯度中的扩散引起的。然而，由于载流子和晶格声子之间的动量交换，塞贝克效应也可以具有声子拖曳分量，这更难以量化。在这里，我们提出了第一次研究的AlGaN/GAN二维电子气（2DEG）中的声子拖曳。我们发现声子拖曳对厚度为100 nm的GaN器件的热电行为没有显著的影响，但是当厚度增加到1.2 $μ$ m时，300 K（50 K）的Seebeck系数的32%（88%）可以归因于拖曳分量.反过来，声子拖曳使较厚的GAN膜中具有最先进的热电功率因子，在50 K时高达~40 mW m $^{-1}$ K $^{-2}$。通过测量这些AlGaN/GAN薄膜的热导率，我们表明，声子阻力的大小可以增加，即使当热导率降低。热导率和塞贝克系数的解耦可以使基于2DEG的器件在热电功率转换方面取得重要进展。
2019-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Large Thermoelectric Power Factor in P-type Si (110)/[110] Ultra-Thin-Layers Compared to Differently Oriented Channels
采用原子电子结构计算和玻尔兹曼半经典输运方法，计算了厚度从W= 3 nm到10 nm的超薄体p型Si层的热电功率因数。我们表明，在[110]输运方向和强（110）表面限制的通道的功率因数大大优于所有不同取向的通道超过2倍。此外，该通道中的功率因数随着层厚度的减小而增加~40%。这种增加，连同（110）表面的大的限制有效质量，使得该特定通道较少受到纳米级的增强的表面粗糙度散射和畸变的不利影响。因此，我们的研究结果，指向最佳的几何特征的取向和长度尺度的功率因数改善在2D薄层的锌半导体。
2012-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Modeling materials with optimized transport properties
随着对具有特殊输运性质的材料的需求，例如在磁电子学或热电学中，需要在量子力学水平上对材料进行建模。我们将密度泛函与各种尺度桥接工具相结合，以建立材料的宏观性质与原子结构之间的相关性。例如，利用隧穿磁阻（TMR）效应的磁存储器器件关键地取决于电极的自旋极化。Heusler合金，例如Co2MnSi，如果完全有序，则是具有（理想地）100%自旋极化的铁磁半金属。它们作为TMR器件中的电极的性能受到原子无序和偏离完美化学计量的限制，但也受到隧穿势垒处的界面态的限制。我们使用从头算热力学与集群扩展技术相结合，以表明，过量的锰在合金中，并在界面处有助于保持所需的半金属性能。作为另一个实例，寻求具有降低的热导率但良好的电导率的纳米结构材料用于热电中的应用。具有规则排列的纳米级夹杂物（“量子点超晶格”）的半导体异质结构具有高热电品质因数的前景。我们的理论分析表明，如果量子点的大小，超晶格周期和掺杂水平都是适当的微调，提高的品质因数是可以预期的。因此，这种超晶格构成了一种材料，其传输特性由纳米级的几何特征控制。
2010-11-01 cond-mat.mtrl-sci
Optimizing thermoelectric performance of graphene antidot lattices via quantum transport and machine-learning molecular dynamics simulations
本研究通过结合机器学习分子动力学和量子输运模拟，系统优化石墨烯反点晶格的热电性能，发现中等几何参数可实现ZT值接近2，为高效热电转换提供新途径。
2025-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reference-free evaluation of thin films mass thickness and composition through energy dispersive x-ray spectroscopy
在本文中，我们报告了一种新的方法来评估薄膜的质量厚度和成分的基础上的能量色散X射线光谱（EDS）的发展。该方法利用多层样品中的深度特征X射线生成分布函数$ϕ$ /（$ρ$ z）的理论计算，通过电子输运方程的数值解获得，以实现可靠的测量，而不需要参考样品和多个电压采集。电子输运模型是从玻尔兹曼输运方程推导出来的，它利用了最新和最可靠的物理参数，以获得对这种现象的准确描述。薄膜质量厚度和组成的计算方法与标准技术的基准进行了验证。此外，模型的不确定性和灵敏度进行了分析，它表明，质量厚度的精度为10 $μ$ g/cm $^2$的顺序，这是可比的核标准技术的分辨率。我们在一个示例测量中展示了该技术的特点：获得了超低密度、高粗糙度、纳米结构薄膜的二维质量厚度和成分分布。
2019-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric properties of $β$-As, Sb and Bi monolayers
具有类石墨烯弯曲结构的VA族元素（As、Sb、Bi）的单层半导体提供了实现纳米级电子、光电和热电器件的潜力。受最近制备的Sb单层的启发，我们采用第一性原理计算和半经典Boltzmann输运理论相结合的方法，系统地研究了$β$ -As，Sb和Bi单层的热电性质.电子部分采用广义梯度近似（GGA）加自旋轨道耦合（SOC），声子部分采用GGA。研究发现，SOC对它们的电子结构有重要的影响，特别是对于Bi单层膜，它可以引起可观察到的SOC效应的电子输运系数。更具体地，SOC不仅对电子输运系数具有不利影响，而且还产生增强效应。计算得到的晶格热导率从As到Bi单层逐渐减小，对应的室温薄片热导率分别为161.10 $\mathrm{W K^{-1}}$、46.62 $\mathrm{W K^{-1}}$和16.02 $\mathrm{W K^{-1}}$，除以2D材料的厚度可以换算成常见的晶格热导率。Bi单分子膜的薄层热导率低于其他二维材料，如半导体过渡金属二硫属化物单分子膜和正交IV-VI族单分子膜。采用一系列散射时间来估计热电优值$ZT$。结果表明，对于As和Bi单分子膜，n型掺杂比p型掺杂具有更好的热电性能，而在Bi单分子膜中，n型掺杂和p型掺杂的热电性能相差不大，但存在$ZT$。这些结果可以激发进一步的实验工作，为基于VA族单元的单层热电器件的研究开辟新的领域。
2017-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Thermal and Thermoelectric Transport in Nanostructures and Low-Dimensional Systems
近年来，对纳米结构和低维体系中热输运和热电输运现象的研究取得了重大进展。本文综述了几个有趣的量子和经典尺寸效应的热和热电性能，已预测的理论计算或在实验中观察到。注意力集中在声子边界散射的卡西米尔极限和声子限制的影响，半导体纳米线（NW）和纳米网的晶格热导率;厚度，横向尺寸和界面相互作用对碳纳米管（CNT）和石墨烯的晶格热导率的影响;和声子拖曳热功率和量子尺寸对半导体纳米线的热电功率因子的影响。进一步的实验和理论研究，建议更好地了解这些纳米级的传输现象。
2014-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic, magnetic and transport properties of full and half-metallic thin film Heusler alloys
采用{ \em ab initio}计算和蒙特卡罗模拟相结合的方法研究了半金属Heusler合金Co $_{2}$ FeSi，Co $_{2}$ FeAl，Co $_{2}$ MnSi和Co $_{2}$ MnAl的电子和磁性.电子结构分析使用平面波码量子Espresso和磁交换相互作用确定使用KKR方法。通过蒙特卡罗模拟从磁交换相互作用获得居里温度。此外，采用Kubo-Greenwood方法，利用完全相对论KKR方法，得到了由两个半无限铂引线和一个Heusler层组成的三层体系的电子输运性质.重点是热电性能，即塞贝克效应及其自旋依赖性。事实证明，已经很薄的赫斯勒层在系统中提供了高度极化的电流。这是由于随着厚度的增加，半金属量的恢复。费米能级附近自旋下降电子的电子态的缺乏抑制了该自旋通道对总电导率的贡献。这强烈地影响了这种系统的热电性质，并导致极化热电流。
2013-11-08 cond-mat.mtrl-sci
A short account of thermoelectric film characterization techniques
本文综述了过去二十年用于表征热电薄膜塞贝克系数、电导率和热导率的主要方法，以应对纳米尺度热输运和载流子输运研究的迫切需求。
2024-02-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Toward phonon-boundary engineering in nanoporous materials
调节纳米结构材料中的热输运是开发高效热电材料的有力途径。使用最近开发的方法的基础上的声子平均自由程依赖玻尔兹曼输运方程，我们计算的有效热导率的纳米多孔材料的孔的各种形状和安排。我们评估的重要性，孔-孔的距离在抑制热传输，并确定孔的安排，最大限度地减少了热导率，由两个错位的三角形孔行的周期性排列。相对于具有相同孔隙率的简单圆形对齐情况，这种配置产生大于$60 \%$的热导率降低。
2014-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain-induced enhancement of the Seebeck effect in magnetic tunneling junctions via interface resonant tunneling: Ab-initio study
采用线性响应理论结合基于第一性原理的Landauer-Büttiker方法研究了Fe/MgO/Fe（001）磁性隧道结的热电特性。我们发现Fe/MgO/Fe（001）MTJ的Seebeck系数强烈地依赖于势垒厚度和四角畸变。在MTJ中的面内晶格参数的压缩四元畸变提供刚好在费米能量之上的界面共振态。这导致MTJ中的共振隧穿，并且当MgO势垒的厚度为约1 nm（四个或五个MgO原子层）时显著增强塞贝克系数。此外，一个广泛的面内晶格参数的tetravel扭曲推动界面态远离费米能，导致塞贝克系数的减少。此外，我们发现界面共振隧穿增强了MTJ的压缩失真的功率因数。这些结果表明，控制势垒厚度和四端畸变将是有效的最大限度地提高MTJ的热电性能。
2020-03-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thickness dependence of electronic and crystal structures in VO$_2$ ultrathin films: suppression of the collaborative Mott-Peierls transition
通过${in~situ}$光电子能谱研究了在TiO $_2$（001）衬底上相干生长的尺寸可控VO $_2$薄膜的电子结构和晶体结构的变化。在纳米结构薄膜中，带状Peierls转变和Mott转变的不稳定性之间的平衡被控制为厚度的函数。VO $_2$厚膜中温度驱动的金属-绝缘体转变相关的特征光谱变化保持在1.5 nm（大致对应于沿[001]方向的五个V原子），而小于1.0 nm的VO $_2$膜表现出绝缘性质而没有V-V二聚化。这些结果表明，Mott不稳定性和带状Peierls不稳定性之间的微妙平衡在几个纳米尺度上受到了尺寸交叉效应和限制效应的调制，从而导致了PDMAVO $_2$薄膜复杂的电子相图.
2020-05-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Significant first-principles electron-phonon coupling effects in the LiZnAs and ScAgC half-Heusler thermoelectrics
School of Mechanical and Materials Engineering, Indian Institute of Technology Mandi（印度技术学院曼迪分校机械与材料工程学院）
研究通过从头原理计算分析LiZnAs和ScAgC中电子-声子相互作用对热电性能的影响，采用多种近似方法评估载流子输运特性，发现纳米结构化样品中zT显著提高，展示了高效率的热电材料潜力。
2026-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Tuning Electrical and Thermal Transport in AlGaN/GaN Heterostructures via Buffer Layer Engineering
在过去十年中，基于氮化镓（GAN）的宽带隙III-V材料系统的进展已经成为实现高功率和高频电子器件的主要驱动力。由于AlGaN/GAN界面处的高导电性二维电子气（2DEG）基于内置极化场（非掺杂）并且被限制在非常小的厚度，因此其载流子与其掺杂对应物相比表现出高得多的迁移率。在这项研究中，我们表明，这种异质结构的材料还提供了独特的能力，操纵电输运分开从热输运通过检查全悬浮AlGaN/GAN隔膜的不同GAN缓冲层厚度。值得注意的是，我们表明，$100$纳米薄GAN层可以大大阻碍热流而不电输运退化，并且在基于2DEG的异质结构中观察到热电优值（$\it zT$）的显著改善（~ $4$ x）。我们还观察到最先进的热电功率因子（$4-7\times$ $10^{-3}$ $\,Wm^{-1}K^{-2}$）在室温下）在该材料系统的2DEG。这种显着的调谐行为和热电增强，阐述了在这里第一次在基于极化的异质结构，是实现的，因为电子是在异质结构的界面，而声子的材料系统内。这些结果突出了在III-V族材料中使用2DEG用于片上热传感和能量收集的潜力。
2018-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced thermoelectric performance in thin films of three-dimensional topological insulators
热电（TE）器件由于其将热直接转换为电的能力而引起越来越多的关注。迄今为止，提高TE优值仍然是关键挑战。拓扑绝缘体的出现和新兴的纳米技术为设计高性能TE器件开辟了新的途径。本文采用第一性原理计算和玻尔兹曼输运理论研究了Bi_2Se_3薄膜的TE输运性质。通过计算结果与实验数据的比较，我们证明了对于厚度大于六层的Bi_2Se_3薄膜，体带隙中拓扑表面态的弛豫时间约为几百飞秒，比体带隙中拓扑表面态的弛豫时间大两个数量级.当费米能级在导带边缘附近时，这种大的弛豫时间差导致电导与热导的比值远大于Wiedemann-Franz定律预测的值，以及大的塞贝克系数，并因此导致大的TE品质因数。结果表明，在薄膜的中间层引入缺陷可以进一步提高TE性能。这种改善在室温下通常是显著的，并且可以在更高的温度下进一步增强。
2016-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Thermal Transport in 3D Nanostructures
本文综述了近年来三维纳米结构热输运性质的研究进展，重点介绍了实验结果。根据应用，可以制备或设计不同的3D纳米结构，以实现用于隔热或热电器件的低热导率，或者用于电子器件持续小型化中使用的热界面材料的高热导率。已经讨论了广泛的3D纳米结构，范围从胶体晶体/组装体、阵列结构、多孔结构、分级结构、用于金属基复合材料和聚合物复合材料的3D纳米结构填料。对影响这些三维结构导热性能的各种因素进行了比较和分析。这项工作提供了各种三维纳米结构的热输运性质的整体理解，这将有助于在纳米级的热管理。
2019-09-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Topological Crystalline Insulator Nanomembrane with Strain-Tunable Band Gap
精细调节拓扑材料中的带隙和带反转的能力对于新型功能器件的开发是高度期望的。在这里，我们提出了拓扑晶体绝缘体（TCI）的SnTe和Pb $_{1-x}$ Sn $_x$（Se，Te）的独立纳米膜的电子性质是高度可调的工程弹性应变和控制膜厚度，导致可调的带隙和巨大的压电电导率。膜的厚度决定了相对表面上拓扑电子态的杂化，而弹性应变可以通过控制表面态的穿透长度来进一步调节杂化强度。我们提出了一种利用力集中在空间变化宽度的TCI纳米膜中引起的非均匀弹性应变的频率分辨红外探测器。预测的可调谐带隙伴随强自旋织构电子态将为基于TCI纳米膜的压阻器件、热电器件、红外探测器以及节能电子和光电子器件的制备开辟新的途径。
2014-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
