High Thermoelectric Figure of Merit by Resonant Dopant in Half-Heusler Alloys
Half-Heusler合金具有良好的热稳定性和优良的ZT值，是高温热电材料的重要组成部分。Simonson等人早期表明，在Hf0.75Zr0.25NiSn中掺杂少量的钒提高了塞贝克系数，并将这种变化与费米能级附近态密度的增加相关联。本文系统研究了钒（V）、铌（Nb）和钽（Ta）作为准共振掺杂剂在提高基于Hf0.6Zr0.4NiSn0.995Sb0.005的n型半赫斯勒合金的ZT中的作用。发现V掺杂在300-1000 K的温度范围内增加塞贝克系数，与共振掺杂方案一致。相比之下，Nb和Ta充当正常的n型掺杂剂，如通过电阻率和塞贝克系数的系统性降低所证明的。由于V共振态的存在和热导率的降低而增强的Seebeck系数的组合导致n型（Hf0.6Zr0.4）0.99V0.01NiSn0.995Sb0.005合金在850 K附近的最新ZT为1.3。
2017-05-17 cond-mat.mtrl-sci
Large Language Model Assisted Discovery of Optimal Dopants for Enhanced Thermoelectric Performance in CoSb$_3$ Based Skutterudites
School for Engineering of Matter Transport and Energy, Arizona State University（亚利桑那州立大学物质传输与能源工程学院）
本文提出一种数据驱动方法，利用大语言模型加速发现高性能CoSb$_3$基硫化物，通过训练回归头预测热电优值，降低均方误差，并通过密度泛函理论和分子动力学计算验证预测的掺杂剂性能。
2026-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Synthesis, Crystal Structure, and Thermoelectric Properties of Layered Antimony Selenides REOSbSe2 (RE = La, Ce)
受最近第一性原理计算显示层状磷属元素硫族化合物具有高热电性能的启发，我们对层状锑硒化物REOSbSe 2（RE = La，Ce）的晶体结构和高温输运性质进行了实验研究. REOSbSe 2的晶体结构是四元P4/nmm空间群，由SbSe 2和REO层的交替堆叠组成。这两种化合物均为n型半导体。LaOSbSe 2和CeOSbSe 2的光学带隙分别被评估为1.0和0.6 eV。RE = La和RE = Ce的室温热导率分别为1.5Wm-1 K-1和0.8Wm-1 K-1。这些相对低的热导率与同构层状铋硫属化物的热导率相当。我们用F-离子取代O2-引入电子作为带电载流子来优化热电性能，但提高电导率仍然具有挑战性。
2018-05-21 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
Dopant-segregation to grain boundaries controls electrical conductivity of n-type NbCo(Pt)Sn half-Heusler alloy mediating thermoelectric performance
未来热电材料的科学驱动设计需要深入了解微观结构和传输特性之间的基本关系。多晶材料中的晶界通过空间电荷效应引起的声子散射或电子俘获来影响热电性能。然而，目前缺乏对晶界相关特征的仔细研究，阻碍了性能的进一步优化。在这里，我们研究了n型NbCo 1-xPtxSn半Heusler合金，这是通过球磨和放电等离子烧结（SPS）合成的。在一个样品上进行SPS后退火，导致改善的低温电导率。用电子显微镜和原子探针断层扫描对两种样品的显微结构进行了观察。退火后，晶粒尺寸从约230 nm增大到约2.38 μm。Pt被发现在晶粒内和晶界处，在那里它局部地降低电阻率，如通过原位四点探针电导率测量所评估的。我们的工作展示了微观结构和电导率之间的相关性，通过调整晶界的化学成分为未来的微观结构优化提供了机会。
2021-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Dimensionless Mapping: A Combinatorial Algorithm to Design Invisible Dopants
最近有人提出电子隐身来设计电子散射截面小于物理截面的1%的不可见掺杂剂。可以设计掩蔽层以涂覆纳米颗粒掺杂剂，以最小程度地散射传导电子并增强电子迁移率。在某些情况下，这种增强将导致更大的热电功率因数。主要的困难在于，在涂覆时产生的电势是不可调的，并且由所选择的用于核、壳和主体的材料的能带对准以及这些层中的电荷分布来确定。为了找到合适的材料组合，需要探测一大类材料组合和层尺寸。这种方法既费时又不切实际。在这里，我们介绍了一种映射方法，通过比较所选材料的无量纲参数与所提供的地图，而无需任何传输计算来识别可能的组合。使用这种方法，我们已经确定了几种组合的核心，外壳和主机材料的电子隐身是可以实现的。我们已经优化了其中一些材料组合的尺寸和掺杂水平，以最大限度地提高其热电功率因数。与传统的掺杂样品相比，在T=77K时，热电功率因数提高了14.50倍。
2015-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Dopant-modulated lattice softening drives drastic thermal conductivity reduction in β-FeSi2 thermoelectrics
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；Spallation Neutron Source Science Center（散裂中子源科学中心）；Guangdong Provincial Key Laboratory of Extreme Conditions（广东省极端条件重点实验室）；Great Bay University（大湾区大学）；Shanghai University（上海大学）；National Synchrotron Radiation Research Center（国家同步辐射研究中心）；China Jiliang University（中国计量大学）；Jilin University（吉林大学）；Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海陶瓷研究所）
本研究通过掺杂剂诱导的晶格刚度调制，在β-FeSi2中实现了晶格热导率的大幅降低（Co掺杂在300 K时约71%），确立了晶格软化作为热电材料热管理的新策略。
2026-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Electronic transport calculations for lightly-doped thermoelectrics using density functional theory: Application to high-performing Cu-doped zinc antimonides
基于实验数据和相应的未掺杂材料的密度泛函理论结果，提出了一种从密度泛函理论（DFT）计算精确计算轻掺杂热电材料电输运性质的新方法.我们采用这种方法，因为混合DFT计算是禁止的大型超级电池所需的模型低掺杂剂浓度相比，实验实现的高性能热电。使用锑化锌作为我们的基础材料，我们发现，与DFT和玻尔兹曼输运理论计算的电输运性质表现出相同的趋势与化学势的变化与混合DFT计算，并提出了一个拟合算法，涉及调整计算的费米能，使所得的塞贝克系数的趋势与温度相匹配的实验趋势。我们证实了这种方法的有效性，在再现的电导率和塞贝克系数随温度的Bi掺杂$β-$ Zn $_4$ Sb $_3$的实验趋势。然后，我们筛选了各种过渡金属阳离子掺杂剂，包括铜和镍，并发现Zn $_{39}$ Sb $_{30}$中Cu掺杂剂浓度为2.56%时，在300-400 K之间的温度下，热电功率因数增加了14%。因此，我们提出，与重掺杂剂和/或稀土掺杂剂相比，过渡金属掺杂剂可以显著改善主体材料的热电性能。
2014-01-11 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Magnetic, electrochemical and thermoelectric properties of $P2 - Na_x(Co_{7/8}Sb_{1/8})O_2$
本文从理论上研究了Sb掺杂的$Na_xCoO_2$（$x = 1, 0.75$和$0.50$）的电子、电化学和磁学性质。对于所有Na浓度（$x$），$Sb_{Co}$掺杂剂在$Na_xCoO_2$主体晶格中采用+5氧化态。由于高氧化态，$Sb^{5+}$强烈排斥Na离子，因此降低了电化学电位（相对于Na/Na $^+$）。由$Sb^{5+}$引入的电子定位在附近的Co离子上，产生在未掺杂的$Na_xCoO_2$中不存在的$Co^{2+}$物质。$Co^{2+}$离子降低了Sb掺杂化合物中的自旋熵流，从而降低了Seebeck系数。结果可以推广到其他高氧化态掺杂剂。
2019-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric power factor of Bi-Sb-Te and Bi-Te-Se alloys and doping strategy: First-principles study
通过第一性原理计算结合玻尔兹曼输运方程，计算了Bi-Sb-Te和Bi-Te-Se三元合金的热电功率因数（PF）随合金成分比、载流子浓度和温度的变化关系。点缺陷形成能计算也用于搜索三元中的潜在n型掺杂剂候选物。
2017-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Selecting the suitable dopants: electronic structures of transition metal and rare earth doped thermoelectric sodium cobaltate
工程$Na_{0.75}CoO_2$被认为是实现高效热电系统的主要候选材料，可从废热中再生电力。在这项工作中，三个元素的最外层的电子配置，（1）一个开放的d壳层（Ni），（2）一个封闭的d壳层（Zn），（3）一个半填充的f壳层（Eu）与最大的未成对电子，概述了掺杂剂的电子和晶体结构的影响$Na_{0.75}CoO_2$。系统的$ab$ $initio$的密度泛函计算与$DMOL^3$软件包表明，当形成能$-2.35$ eV，$2.08$ eV的费米能级等于价带最大值时，取代Co的Ni和Zn更稳定。而Eu在取代形成能为$-2.64$ eV的Na时更稳定。由于这些结果与现有的实验数据表现出很大的和谐，他们提供了新的见解掺杂剂选择的基本原则，在高性能钴酸钠基多功能材料的开发中操纵的物理性能。
2019-02-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.chem-ph
The Effect of Shallow vs. Deep Level Doping on the Performance of Thermoelectric Materials
众所周知，良好的热电材料的效率应该相对于掺杂浓度进行优化。然而，很少有人关注掺杂剂的能级的优化。掺杂有浅能级的热电材料在高温下由于少数载流子的激发而可能经历其品质因数的急剧降低，少数载流子的激发降低了塞贝克系数并增加了双极热传导。用深能级杂质掺杂可以延迟少数载流子的激发，因为它需要更高的温度来吸收所有掺杂剂。我们通过建模发现，根据材料类型和工作温度范围，需要不同的杂质水平（浅或深）来优化热电材料的效率。对于不同的材料，我们进一步阐明了带隙内杂质能级的最佳位置。我们的研究为热电材料选择最合适的掺杂剂提供了见解，以最大限度地提高器件效率。
2016-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric properties of doped small molecule organic semiconductor films
研究了有机小分子掺杂薄膜的热电性能。各种主机和掺杂剂，为n型和p型掺杂，进行了比较。C $_{60}$ n-掺杂Cr $_2$（hpp）$_4$或o-MeO-DMBI-I被发现是最有前途的材料系统，在T $_\text{M}$ = 40°C时最大ZT $_\text{M}$ = 0.069，假设由于基于声子的热传输而具有与掺杂无关的热导率。该值是采用掺杂聚合物PEDOT：PSS的优化器件所报告的当前记录的16%。
2014-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Establishing phase diagram for the band engineering in p-type PbTe/SnTe from elementary electronic structure understanding
能带工程是通过重构费米能级附近的能带结构来提高热电材料热电势的重要机制。PbTe和SnTe是最具代表性的系统，其中通过各种掺杂剂实现了能带工程。从对能带结构的基本认识出发，通过建立s-p成键模型，建立了p型PbTe/SnTe能带工程的相图。研究表明，能带调谐效应主要取决于掺杂元素的一个固有参数：s轨道能级。利用相图，所有相关的实验观察都能得到一致的解释，而且，尚未发现的有效掺杂剂也变得可以预见。我们的研究为直接从元素周期表中选择合适的掺杂剂找到了一个适用的判据，并且这种分析方法可以应用到更多的热电材料中。
2018-01-26 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
Ion-Exchange Doping of Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotubes
本研究采用离子交换掺杂法系统改变半导体单壁碳纳米管薄膜的抗衡离子尺寸，探究其对热电性能的影响，发现大阴离子可提升电导率与掺杂稳定性，并用随机电阻模型解释了相关机制，为掺杂无序系统热电性能研究提供参考。
2025-03-20 cond-mat.mtrl-sci
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
Charge transport in doped conjugated polymers for organic thermoelectrics
近年来，共轭聚合物热电材料的研究取得了巨大的进展，人们对分子掺杂作为实现高电导率的手段的兴趣也随之高涨。对掺杂过程、聚合物薄膜的结构和能量特性以及由此产生的热电行为之间的复杂关系的详细理解正在慢慢出现。本文综述了近年来通过分子掺杂提高p型和n型共轭聚合物电导率的研究进展和策略。讨论了聚合物和掺杂剂的化学设计、加工条件以及所得纳米结构对掺杂效率和掺杂状态稳定性的影响。注意的是支付给半导体主机掺杂剂系统和塞贝克系数的电和热输运特性的相互依赖性。策略，允许提高热电性能，如在散装和薄膜的几何形状，聚合物的介电常数的操纵，和掺杂剂的大小的变化的聚合物主链的单轴对齐，进行了探讨。理论和实验的结合预计将产生新的化学设计原理和加工方案，最终将产生下一代有机热电材料。
2022-12-12 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
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
Dynamic doping and Cottrell atmosphere optimize the thermoelectric performance of n-type PbTe
高的热电能量转换效率需要在宽的温度范围内具有大的品质因数zT。为了实现这一点，我们优化的载流子浓度的n型PbTe从室温到热端温度的共掺杂Bi和Ag。Bi是PbTe中有效的n型掺杂剂，通常在室温下导致过度的载流子浓度。正如密度泛函理论计算所揭示的，Bi和Ag缺陷复合物的形成被用来优化室温载流子浓度。在升高的温度下，我们演示了动态溶解的Ag 2 Te沉淀在PbTe原位加热在扫描透射电子显微镜。随着温度的升高，n型Ag材料的释放满足了热端处较高载流子浓度的要求。此外，其特征在于通过原子探针层析成像，银原子聚集沿平行位错阵列，形成科特雷尔气氛。这导致增强的声子散射并导致低的晶格热导率。作为动态掺杂和声子散射在装饰位错的协同作用的结果，在400和825 K之间，在n型Bi/Ag共掺杂PbTe中实现了1.0的平均zT。引入具有温度依赖性溶解度和与位错核心的强相互作用的掺杂剂使得能够同时优化平均功率因子和热导率，提供了在热电领域开发的新概念。
2022-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of Cu-site disorder in undoped and doped BiCuSeO
本研究通过X射线衍射和EXAFS探究BiCuSeO低热导率起源，发现未掺杂与Ag掺杂样品中均存在显著的Cu位无序，该无序局域于Cu位且与rattling mode一致。
2023-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Unified modelling of the thermoelectric properties in SrTiO3
热电材料正在开辟一条有前途的途径，以解决由热传输和电子传输之间的竞争所控制的能量转换问题。提高效率是一项艰巨的任务，这是一项挑战，需要新的策略来挖掘优化的化合物。我们提出了一个理论的热电输运电子掺杂SrTiO 3，基于一个现实的紧束缚模型，包括相关的散射过程。我们比较了我们的计算对广泛的面板的实验数据，散装和薄膜。我们发现一个定性和定量的协议在很宽的范围内的温度和载流子浓度，从轻到重掺杂。此外，结果似乎对掺杂剂La、B、Gd和Nb的性质不敏感。因此，在SrTiO 3的情况下发现的定量成功，揭示了一个有效的程序，探索新的路线，以提高氧化物的热电性能。
2017-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Low Temperature Thermoelectric Properties of Co- and Cr- doped CuAgSe
高迁移率声子玻璃半金属材料$CuAgSe$是一种很有潜力的低温热电材料。它具有相当强的热电性能以及极高的载流子迁移率，当材料在Cu位点掺杂Ni时，这两者都得到增强。然而，这些增强效果的确切机制尚不清楚。为了进一步研究化学取代对材料热电性能的影响，我们根据以下组成公式制备并对掺杂有Co和Cr的$CuAgSe$样品进行了各种测量：$Cu_{1-x}Co_{x}AgSe$ $(x=0.02, 0.05, 0.10)$和$Cu_{1-x}Cr_{x}AgSe$ $(x=0.02, 0.05)$。温度和磁场依赖的热导率，电阻率和塞贝克系数的测量将进行讨论。我们的研究结果揭示了一个显着的敏感性$CuAgSe$的热电性能的化学掺杂一般以及特定的敏感性，以特定的掺杂剂。这证明了$CuAgSe$的各种性质的可调谐性进一步证明了高迁移率声子玻璃-半金属是潜在的低温热电应用的强候选者的情况。
2016-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric power factor of pure and doped ZnSb via DFT based defect calculations
通过从头算模拟计算了纯p型ZnSb的功率因数，假设载流子浓度是由于本征锌空位的掺杂效应。随着空位浓度接近实验的溶解度极限，我们能够完美地再现多晶ZnSb样品中测得的功率因数。然后，该方法已成功地扩展到预测的ZnSb的热电性能上的非本征掺杂元素的效果。锗和锡似乎是有前途的p型掺杂元素。此外，我们给出，第一次，解释了为什么它是难以合成的多晶n型ZnSb样品。实际上，本征缺陷（锌空位）和掺杂元素（Ga或In）之间的补偿效应解释了将ZnSb转化为n型半导体所需的最佳（且相对高）掺杂剂浓度的存在。
2020-02-06 cond-mat.mtrl-sci
DFT study of tunable electronic, magnetic, thermal, and optical properties of a Ga$_2$Si$_6$ monolayer
采用密度泛函理论研究了镓掺杂硅烯的电学、磁学、热学和光学特性。掺杂的效果进行了研究，通过调整掺杂剂浓度，以及检查不同的掺杂距离，和原子掺杂剂的相互作用，为相同的替代掺杂浓度。结果表明，Ga原子在不同浓度下改变了硅烯单分子膜的能带结构和带隙，这可以归结为Ga-Ga原子间的排斥作用。带隙由Ga-Ga原子间的相互作用强度和库仑排斥力决定，并不总是随掺杂浓度的增加而变宽。此外，我们的自旋极化DFT计算表明，这些单分子膜的行为类似于半导体，表现出对称的自旋向上和自旋向下的通道。Ga原子之间的排斥作用导致了单分子膜的对称性破缺。因此，Ga掺杂剂可以打开带隙，导致更好的热电性能，例如塞贝克系数和品质因数，以及光学响应的增加。作为我们的估计的结果，Ga掺杂的硅烯单分子膜在热电和光电子器件中可能是有利的。
2021-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Mg$_{3+δ}$Sb$_x$Bi$_{2-x}$ family: A promising substitute for the start-of-art n-type thermoelectric materials near room temperature
半个多世纪以来，Bi 2 Te 3-xSex系列热电材料一直是近室温n型热电材料的先驱，在近室温的主动冷却和新型波收集应用中占据主导地位，但其脆性和含Te的缺点限制了其进一步的应用探索。在这里，我们表明，Mg 3 +δ SbxBi 2-x家族（（ZT）平均值=1.05）可能是一个有前途的替代Bi 2 Te 3-xSex家族（（ZT）平均值=0.9-1.0）在50-250 °C的温度范围内的热电性能相当的基础上，通过协同效应从可调带隙使用合金效应和可抑制Mg空位形成使用填隙Mn掺杂剂。前者是将最佳热电性能移到RT附近，后者有助于部分解耦电输运和热输运，以获得最佳RT功率因数。带隙的正温度依赖性表明，该家族也是一个优越的中温热电材料的显着抑制双极效应。此外，与Bi 2 Te 3-xSex家族相比，机械韧性高两倍，巩固了在RT附近的最新n型热电材料的有前途的替代品。
2018-12-03 cond-mat.mtrl-sci
77Se NMR Investigation of Fe-doped Bi2Se3
硒化铋既是热电材料又是拓扑绝缘体。缺陷和掺杂剂在热电应用中产生传导。然而，这样的缺陷可能降低作为拓扑绝缘体（TI）的性能。铁等磁性杂质在表面的狄拉克点处打开带隙。由于磁掺杂TI在技术应用中很重要，因此需要对其特性有很好的了解。本文利用~（77）Se核磁共振（NMR）谱研究了Fe掺杂的Bi_2Se_3。自旋晶格弛豫测量表明，Fe掺杂剂提供了一个自旋扩散弛豫机制在低温下的77 Se。高于320 K，主要的77 Se弛豫机制与导电载流子的相互作用所产生的热诱导的活化能为21.5 kJ/mol（5.1千卡/摩尔，222毫电子伏），并可能产生带间激发。魔角自旋产生可忽略不计的77Se共振在7 T的缩小，这表明材料缺陷的统计分布，也是一致的偶极相互作用与相邻的四极核。
2013-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical investigation of electronic, optical and thermoelectric properties of tellurium doped barium titanate (BTO) through modified Becke Johnson exchange potential
采用基于密度泛函理论和玻尔兹曼输运理论的第一性原理计算方法，在WIEN 2K和BoltzTraP模拟程序中对Te掺杂BaTiO 3的稳定性、电子结构、光学和热电性质进行了研究。本研究采用LDA + TB-mBJ电位进行。计算了每种掺杂结构的形成能，以考察合成的稳定性和可行性。将Te掺杂到BaTiO 3中有效地降低了电子带隙，并且可以通过改变掺杂剂的量来控制带隙降低的水平。因此，提高了对可见光的吸收能力。我们的研究结果表明，所有的掺杂结构是显着的吸收性和生产性的光学吸收，超过105 cm-1的可见光范围内。此外，BaTiO 3在零频率下的介电常数比Te掺杂的BTO小：8.3%，而光学能隙通过增加Te浓度从3.692 eV减小到1.619 eV。然后，光学电导率和Urbach的参数进行了预测。的传输特性进行评估作为温度的函数。研究发现，随着材料的Seebeck系数和品质因数的增加，材料的电导率显著提高。我们的理论结果可用于热电和可见光光电器件的应用。
2022-02-15 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculations of structural and bonding properties of Li-doped tetrahedrite thermoelectrics
本文通过第一性原理计算研究了Li掺杂四面体矿的结构与成键性质，发现Li占据6b和24g位置均有利，掺杂降低结构稳定性，且当x>2.0时材料可转变为n型，为开发n型四面体矿热电材料提供了理论依据。
2024-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Bi, Cr and Ag dopants in PbTe and SnTe: impact of the host band symmetry on doping properties by ab initio calculations
本文采用密度泛函理论和大超胞方法研究PbTe与SnTe中Bi、Cr、Ag及阳离子空位的掺杂行为，并用群论解释主体能带对称性导致的电子结构差异。
2025-06-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Roles of Defects and Sb-doping in the Thermoelectric Properties of Full-Heusler Fe2TiSn
本文结合实验制备与DFT计算，揭示Fe2TiSn中铁空位主导本征p型掺杂、Sb取代引发n/p型补偿与磁性，并测得近室温优良热电性能。
2025-02-18 cond-mat.mtrl-sci
High thermoelectric power factor of poly(3-hexylthiophene) through in-plane alignment and doping with a molybdenum dithiolene complex
在这里，我们报告了一个记录的热电功率因数高达160 $μ$ W m-1 K-2的共轭聚合物聚（3-己基噻吩）（P3 HT）。该结果是通过将薄膜的高温摩擦与使用具有高电子亲和性的大的钼二硫杂环戊烯p型掺杂剂结合来实现的。化学掺杂的样品与电化学氧化的材料的UV-vis-NIR光谱的比较揭示了10%的氧化水平，即每10个重复单元一个极化子。高功率因数的出现是由于电荷载流子迁移率的增加，因此沿摩擦方向的电导率增加。我们的结论是，P3 HT，其易于合成和出色的加工性能，不应排除作为一个潜在的热电材料。
2021-03-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Enhanced Thermoelectric Performance through Site-Specific Doping in Tetragonal Cu$_{2}$S: A First-Principles Study
本研究利用第一性原理计算系统探讨了四方相 Cu$_{2}$S 中位点特异性掺杂对热电性能的增强机制，发现合理选择掺杂元素与浓度可显著优化载流子浓度、带边排列及输运性质，从而提升功率因子与热电优值。
2025-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Effective $n$-type Doping of Mg$_3$Sb$_2$ with Group-3 Elements
最近在Mg $_3$ Sb $_2$中发现的高热电性能已经通过这种材料的$n$型掺杂的成功而关键地实现，这是在富Mg生长条件下实现的，通常用硫属元素（Se，Te）作为非本征掺杂剂。使用第一原理缺陷计算，我们先前预测，通过掺杂La而不是Se或Te，可以在Mg $_3$ Sb $_2$中实现更高的电子浓度（$\sim10^{20}$ cm $^{-3}$）。随后的实验表明，La掺杂的Mg $_3$ Sb $_{2-x}$ Bi $_x$中的自由电子浓度确实超过了Te掺杂材料中的自由电子浓度。在此，我们进一步研究了Mg $_3$ Sb $_2$的$n$型掺杂，并预测，除了La之外，其他第3族元素（Sc，Y）也是有效的$n$型掺杂剂; Y与La一样好，而Sc略差。
2018-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Reexamining Machine Learning Models on Predicting Thermoelectric Properties
本文考察物理概念与掺杂剂特征对机器学习预测热电性质的作用，并通过遗传算法排序关键特征，提升了掺杂材料预测准确性。
2025-08-30 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Carrier screening controls transport in conjugated polymers at high doping concentrations
本研究针对高掺杂共轭聚合物输运特性研究中未考虑载流子屏蔽的不足，引入德拜-休克尔形式的载流子屏蔽修正高斯态密度，结合泡利主方程计算输运参数，揭示了屏蔽对态密度、塞贝克系数斜率及热电功率因子的关键影响。
2023-11-07 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Interactions and Cluster Formation: Boosting Surface Thermopower in Topological Insulators
本研究针对三维磁性拓扑绝缘体开展理论研究，通过蒙特卡洛模拟发现交换驱动的磁团簇化可增强狄拉克表面态散射以提升热电功率因子，为磁性拓扑绝缘体的热电应用提供了理论基础。
2025-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Rich structural phase diagram and thermoelectric properties of layered tellurides Mo1-xNbxTe2
MoTe 2是一种稀有的过渡金属二碲化物，具有两种层状多型：三角棱柱状Mo配位的六方结构和八面体状Mo配位的单斜结构。后者中的单斜畸变是由各向异性金属-金属键合引起的。在这项工作中，我们已经研究了Nb掺杂对MoTe 2的两种多型体的影响，并澄清了含有四种多型体的Mo 1-xNbxTe 2的结构相图。一种在极性空间群中结晶的菱面体多型体被新鉴定为在略微富Nb成分下的高温亚稳相。考虑到热电测量和第一性原理计算的结果，Nb离子在刚性能带方案中似乎充当空穴掺杂剂。另一方面，显着的层间收缩后，Nb掺杂，与Te的p-p杂化，被证实特别是单斜相，这意味着p带能级的移动。本文从d电子计数和Te p-p杂化的角度讨论了单斜结构中金属-金属键的起源。
2015-02-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Electric and thermoelectric properties of graphene bilayers with extrinsic impurities under applied electric field
与单层石墨烯相反，在双层石墨烯（BLG）中，可以通过施加外部电场来诱导可调带隙，这使得其适合于场效应应用。BLG的非本征掺杂丰富了石墨烯基家族的电子性质，因为它们的行为可以从本征小带隙半导体切换到简并半导体。在密度泛函理论（DFT）的框架下，我们研究了在外加电场作用下，掺杂III族（B，Al，Ga），IV族（Si，Ge）和V族（N，P，As）杂质的BLG的电子和热电性质.用p型或n型掺杂剂掺杂BLG的一个单层导致简并半导体，其中费米能取决于杂质的类型，但也取决于电场的大小和取向，这修改了有效掺杂浓度。与原始BLG相比，用等电子物质如Si和Ge掺杂一个层打开了间隙，该间隙可以在施加电场时闭合。此外，以BLG系统由一个n型和一个p型石墨烯单层形成的方式，通过III-V族元素的双掺杂导致具有相对大的能隙的本征半导体性质。Si-Si和Ge-Ge替代使得在零场下类似于标准BLG的金属样行为，然而在费米能附近具有不对称的态密度。我们分析了高掺杂的BLG材料的热电应用的适用性，利用大的不对称性的状态密度。此外，通过调谐电场作为费米能级附近窄带的签名，观察到塞贝克系数的符号变化。
2019-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structural and Thermoelectric Properties of Al$_{1+x}$Fe$_{2-y}$M$_y$B$_2$ (M=Ag, Ni, Sb, Ga, and Ge) Intermetallic Borides
本研究探讨了掺杂Ag、Ni、Sb、Ga和Ge对AlFe$_2$B$_2$结构与热电性能的影响，发现Sb掺杂显著提升了Seebeck系数并降低了热导率，在773K时获得0.04的最大zT值。
2024-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Resonant levels, vacancies and doping in Bi2Te3, Bi2Te2Se and Bi2Se3 tetradymites
用第一性原理计算方法研究了含不同掺杂和空位的碲铋矿Bi $_2$ Te $_3$，Bi $_2$ Te $_2$ Se和Bi $_2$ Se $_3$的电子结构.我们着重于共振能级（RL）形成的可能性，证实了Sn在Bi $_2$ Te $_3$中形成RL，并预测了Sn在Bi $_2$ Te $_2$ Se和Bi $_2$ Se $_3$中的类似行为.空位，这是可能存在于实际样品中的Bi $_2$ Te $_2$ Se和Bi $_2$ Se $_3$的硫族元素原子，也进行了研究，并讨论了它们的带电施主和共振行为。含空位的材料与常规受体，如Ca或Mg的掺杂，示出以补偿空位的施主效应，并且观察到$n-p$交叉，同时增加掺杂剂浓度。我们验证，RL的Sn是不受干扰的硫属元素空位在Bi $_2$ Te $_2$ Se和Bi $_2$ Se $_3$，和Sn掺杂的材料与Se或Te的空缺，双掺杂，而不是重掺杂Sn，建议作为一种有效的方式达到共振能级。这应该有助于避免RL的拖尾，这是RL对Sn掺杂的Bi $_2$ Te $_2$ Se的热电性质的影响的早期不成功的实验观察的可能原因。最后，我们表明，铝和镓是可能的新的共振杂质的辉碲铋矿，希望这将刺激进一步的实验研究。
2016-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Doping-induced dielectric catastrophe prompts free-carrier release in organic semiconductors
通过分子掺杂可获得的对材料性质的控制对于有机半导体的许多技术应用（例如OLED或热电器件）是必不可少的。这些激子半导体通常仅在5-10\%的杂质浓度下达到简并极限，这是一种与载流子和离子化掺杂剂之间的强库仑结合有关的现象，并且其理解迄今为止仍然难以捉摸。这项研究提出了一个一般的机制，在有限掺杂的集体屏蔽现象的载流子的释放。结合第一性原理和微静电计算，建立了掺杂有机半导体介电性质的多尺度模型。我们的研究结果预测了一个大的非线性增强的介电常数（10倍，在8\%的负载）作为系统的方法增加掺杂后的介电不稳定性（灾难）。这可以归因于高度极化的主机-掺杂剂复合物的存在下，加上一个不平凡的主导贡献，从偶极相互作用的无序和异质系统。材料中增强的屏蔽大大降低了电子-空穴分离的（自由）能垒，合理化了热电荷释放的可能性。所提出的机制与电导率数据是一致的，并为在较低的掺杂负载下实现较高的电导率奠定了基础。
2021-07-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Doped and Codoped Silicon Nanocrystals: the Role of Surfaces and Interfaces
硅纳米晶由于其新颖的性质及其在电子、光电子、光伏、热电和生物等领域的潜在应用而受到广泛的研究。这些新特性是通过载流子的量子限制和表面化学的强烈影响相结合来实现的。如在体硅的情况下，电子、光学和输运性质的调谐与以受控方式掺杂纳米晶体的可能性有关。这是一个很大的挑战，因为一些研究表明，Si纳米晶体中的掺杂与体相掺杂不同。理论和实验表明，掺杂和共掺杂受到大量参数的影响，如硅纳米晶体的尺寸，形状，钝化和化学环境。然而，这些参数之间的连接和掺杂剂的本地化，以及发生的自净化效应仍然不清楚。在这篇综述中，我们总结了这一迷人的研究领域的最新进展，考虑独立的和矩阵嵌入的硅纳米晶体从理论和实验的角度来看，特别注意的从头计算得到的结果和尺寸，表面和界面诱导的影响。
2018-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Re-Engineering Hematite: Synergistic Co-Doping Routes to Efficient Solar Water Splitting
本文通过第一性原理研究B、Y、Nb单掺杂及(B,Y)、(B,Nb)共掺杂赤铁矿，发现共掺杂可显著降低带隙、提升电导率和磁化率，为高效低成本太阳能水分解制氢提供了优化方案。
2025-08-21 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
First-principles study of structural disorder, site preference, chemical bonding and transport properties of Mg-doped tetrahedrite
基于四面体（$\textrm{Cu}_{12}\textrm{Sb}_{4}\textrm{S}_{13}$）的材料由于其固有的、非常低的热导率和高功率因数而成为良好的热电发电机的候选材料。目前的限制之一是实际上缺乏表现出n型导电性的四面体。在这项工作中，第一性原理计算进行了研究镁掺杂的黝铜矿，$\textrm{Mg}_{x}\textrm{Cu}_{12}\textrm{Sb}_{4}\textrm{S}_{13}$与预测的可能性，在头脑中的n-型材料。不同的浓度和修改的结构进行了研究，他们的形成能，优选的位置占用和改变周围的掺杂剂的局部环境。Mg原子倾向于占据6 b位，而引入过量的Cu原子倾向于占据24 g位。元素的引入对附近的Cu（2）原子产生不同的影响。拓扑分析表明，黝铜矿表现出一定程度的共价离子，闭壳键。大部分的键随着Mg含量的增加而减弱;结构变得越来越不稳定，这也通过全局不稳定性和键应变指数来表示。实现n-型导电性预测的计算与$x>1.0$的结构，然而，增加生成焓和缺乏稳定性可能表明溶解度的限制和困难，在获得这些实验。
2022-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Introducing antiferromagnetic ordering on the surface states of Bi2Se3 topological insulator by Europium doping
本文通过低温胶体合成制备 Eu 掺杂 Bi2Se3 纳米片，结合扫描隧道谱和磁性测量，在 10% Eu 掺杂样品中于 10K 以下观察到反铁磁有序，证明稀土掺杂可在拓扑表面态中引入反铁磁交换相互作用。
2024-08-30 cond-mat.mtrl-sci
