Dopant incorporation site in sodium cobaltate's host lattice: A critical factor for thermoelectric performance
由交替的Na和$CoO_2$层组成的$Na_xCoO_2$具有奇异的磁性和热电性质，其可以通过添加掺杂剂或改变Na浓度来有利地操纵。在本工作中，我们通过全面的密度泛函计算研究了Sr和Sb掺杂的$Na_xCoO_2$（$x$ = 0.50; 0.625; 0.75和0.875）的结构和电子性质。我们发现，Sr掺杂剂总是占据一个网站在Na层，而Sb掺杂剂总是取代Co离子在主晶格中，无论Na浓度。这一结论在采用广义梯度近似（GGA）或GGA+ $U$方法时均成立。通过驻留在Na层上，Sr掺杂剂产生针对液体状Na层的电荷和质量惯性，因此，通过更好的载流子迁移率提高结晶度并降低电阻率。另一方面，通过取代Co离子，Sb掺杂剂降低电导率，从而降低塞贝克系数。
2019-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Advancements in Tuning Thermoelectric Properties: Insights from Hybrid Functional Studies, Strain Engineering, and Machine Learning Models
本研究结合杂化泛函、应变工程与机器学习模型探索拓扑绝缘体Bi2Se3的热电性质，揭示了应变与表面态对输运的影响机制，并提供了跨学科的材料优化综合框架。
2024-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Solid-state Janus nanoprecipitation enables amorphous-like heat conduction in crystalline Mg3Sb2-based thermoelectric materials
固态沉淀可用于定制材料性能，从铁磁体和催化剂到机械强化和能量存储。热电性能可以修改沉淀，以提高声子散射，同时保持电荷载流子传输。在这里，我们发现了非常规的双Janus型纳米沉淀物在Mg3Sb1.5Bi0.5形成的并排的Bi和Ge丰富的附件，在单独的纳米沉淀物形成对比。这些Janus纳米沉淀物由烧结期间Bi和Ge的局部共熔融产生，从而实现非晶状晶格热导率。由于合金无序和纳米沉淀物散射之间的平衡，观察到声子散射的沉淀物尺寸效应。热电优值系数ZT在室温附近为0.6，在773K时为1.6。Janus纳米沉淀可以被引入到其他材料中，并可以作为一种通用的性能定制机制。
2022-06-30 cond-mat.mtrl-sci
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
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
Anomalous Co-site substitution effects on the physical properties of the thermoelectric oxide NaCo2O4
我们制备了NaCo_（2-x）M_xO_（4）的多晶样品，用其它3d或4d元素（M=Mn、Cu、Zn、Ru、Rh和Pd）取代Co位。虽然一些元素（M=Mn、Ru和Rh）充当强散射体以引起电阻率的快速增加，但其它元素（M=Cu、Zn和Pd）不劣化主体的导电性。最不寻常的是，Cu取代显著提高了热电势，这使100 K下的品质因数提高了数倍。
2001-08-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tailoring Magnetic Doping in the Topological Insulator Bi2Se3
从理论上研究了通过磁性掺杂3d过渡金属元素在拓扑绝缘体Bi_2Se_3中建立铁磁性的可能性。采用密度泛函理论中的第一性原理计算，研究了掺杂Bi2Se3的形成能、电荷态、能带结构和磁性.我们的研究结果表明，Bi替代网站是积极更有利的比间隙网站的单一杂质。详细的电子结构分析表明，Cr和Fe掺杂的材料仍然是绝缘的，但本征带隙的Bi2Se3的大幅减少，由于掺杂剂的d态和相邻的Se原子的p态之间的强杂化。计算的磁耦合表明，Cr掺杂的Bi2Se3是可能的铁磁和绝缘，而Fe掺杂的Bi2Se3倾向于弱反铁磁。
2013-01-06 cond-mat.mtrl-sci
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
Electronic and thermoelectric properties of Fe2VAl: The role of defects and disorder
利用第一性原理计算，我们证明了Fe_2VAl是一种间接带隙半导体。我们的计算表明，它的，有时分配，半金属字符是不是一个内在的属性，但源于反位缺陷和网站的障碍，引入本地化的ingap和共振态改变电子性质接近带隙。这些状态对热电势S和功率因数PF=S^2σ有负面影响，降低了本征Fe_2VAl的良好热电性能。
2011-02-16 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric properties of high-entropy rare-earth cobaltates
高熵概念引入了一个有前途的范例，以获得奇异的物理性能，促使我们探索Sr取代的高熵稀土钴酸盐的热电性能，即，（LaNdPrSmEu）$_{1-x}$ Sr $_x$ CoO 3（0 \leq × \leq 0.10）。使用标准固态路线合成的样品的结构分析证实了具有Pbnm空间群的正交结构。塞贝克系数和电阻率随着Sr浓度的增加以及温度的升高而减小。与La $_{0.95}$ Sr $_{0.05}$ CoO $_3$相比，高熵稀土钴酸盐中的多个A位离子导致改善的塞贝克系数（α），与Co-O-Co键角的减小相关，这进一步提高了功率因数。在稀土网站的随机分布的阳离子的声子热导率显着降低的结果。结果表明，（LaNdPrSmEu）$_{0.95}$ Sr $_{0.05}$ CoO $_3$在350 K时的最大品质因数（zT）为0.23，这是氧化物材料在该温度下zT的最高值之一。这项研究表明，在几种材料中使用高熵概念的热电参数解耦的承诺。
2022-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Na-site substitution effects of the thermoelectric properties of NaCo_2O_4
测量并分析了Na $_{1+x}$ Co $_2$ O $_4$和Na $_{1.1-x}$ Ca $_x$ Co $_2$ O $_4$的电阻率和热电势。在Na $_{1+x}$ Co $_2$ O $_4$中，电阻率随$x$增加，而热电势几乎与$x$无关。这表明过量的Na不太可能提供载流子，并且减少了样品中的有效导电路径。在Na $_{1.1-x}$ Ca $_x$ Co $_2$ O $_4$中，电阻率和热电势随着$x$而增加，并且Ca $^{2+}$取代Na $^+$减少了NaCo $_2$ O $_4$中的多数载流子。这意味着它们是孔，这与热电势的正号一致。该化合物的电阻率随温度变化的特性证明了该化合物具有很强的相关性。
1999-07-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Effect of chromium disorder on the thermoelectric properties of Layered-antiferromagnet CuCrS2
采用不同的方法制备了层状反铁磁化合物CuCrS_2。不同样品的X射线衍射图谱的分析给出了显着量的空位无序的铬原子层内。高于9000 ℃的长时间烧结增加了Cr原子向层间间隙位置的转移。这种无序对反铁磁性质的影响很小。在室温附近顺磁状态下，随着无序度的增加，样品的电导率增加，热电势保持正值，在150-400 \muV /K之间相当高。我们解释的电阻率和热电功率的温度依赖性，由于本地化的载体的间隙缺陷和磁极化子的形成中的顺磁相的CuCrS 2。
2010-12-23 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
Enhancement of the thermoelectric properties in doped FeSb$_2$ bulk crystals
近藤绝缘体FeSb $_2$具有大的Seebeck系数，如果没有大的热导率$κ$，它将在低温热电应用中具有潜力。本文研究了高质量单晶中Fe和Sb位不同化学取代对热导率和热电效应的影响。在Sb位处Te掺杂的$5\%$处，热导率从未掺杂样品中的$\sim 250$ W/Km抑制到约8 W/Km。然而，在Fe位处的Cr和Co掺杂比Te掺杂更慢地抑制热导率，并且即使在20 $\%$ Cr/Co掺杂下，热导率仍保持$\sim 30$ W/Km。对声子散射的不同贡献的分析表明，碲对$κ$的巨抑制是由于应变场起伏引起的点缺陷散射的增强。相比之下，Te掺杂对相关效应的影响较小，然后对于小的Te取代，仍保持大幅度的塞贝克系数，导致Fe（Sb $_{0.9}$ Te $_{0.1}$）$_2$中的热电优值（$\sim 100$ K下的$ZT\sim 0.05$）增强。
2016-05-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Atomistic mechanisms governing structural stability change of zinc antimony thermoelectrics
热电材料的结构稳定性对于它们的能量收集应用是越来越重要的主题。在这里，我们研究的结构稳定性变化的锌锑在其工作温度的微观机制，使用分子动力学结合实验测量的电导率和热导率。我们的研究结果表明，热输运系数和电输运系数的温度依赖性与结构转变密切相关。这被发现是与一个松弛过程，其中一组Zn原子迁移之间的间隙网站。这种原子迁移逐渐导致整个晶体骨架的稳定结构转变，然后导致$β-$ Zn 4Sb 3在高温下更稳定的晶体结构。
2016-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Suppression of vacancies boosts thermoelectric performance in type-I clathrates
金属间化合物I型包合物作为有前途的热电材料继续吸引人们的注意。在这里，我们提出的结构和热电性能的单晶Ba 8（Cu，Ga，Ge，v）46，其中v表示空位。通过单晶X射线衍射的晶体没有Ga，我们找到了明确的证据，在结构中的6C网站的空位的存在。随着Ga含量的增加，空位被相继填充。这强烈地增加了载流子迁移率，甚至在小范围的Ga取代内，导致降低的电阻率和增强的热电性能。发现在900 K时的最大优值ZT =0.9的单晶的近似组成Ba8Cu4.6Ga1.0Ge40.4。该值在较高温度下可能进一步增加，是迄今为止在基于过渡金属元素的笼形物中发现的最大值之一。
2017-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric Properties of Intermetallic Semiconducting RuIn3 and Metallic IrIn3
报道了半导体RuIn 3和金属IrIn 3的低温（<400 K）热电性能。RuIn 3是一种窄带隙半导体，在室温下具有大的n型Seebeck系数（S（290 K）~400 μV/K），但由于电阻率和热导率较高（κ（290 K）~ 2.0 W/m K），热电优值（ZT（290 K）= 0.007）较小。IrIn 3是一种在室温下具有低热电势（S（290 K）~20 μV/K）的金属。钌位置上的铱取代对输运性质具有显著影响，这导致功率因数和相应的品质因数（ZT（380 K）= 0.053）的大的改善，从而将材料的效率提高了超过一个数量级。
2013-01-22 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
Structural study and evaluation of thermoelectric properties of single-phase isocubanite (CuFe2S3) synthesized via an ultra-fast efficient microwave radiation technique
目前最先进的热电材料通常由昂贵、稀缺且有毒的元素组成。在这方面，铜基硫化物化合物已成为可行的替代品。本文首次报道了采用机械合金化与微波辅助合成相结合的方法成功合成了单相立方相CuFe 2S 3。通过这种超快的非平衡过程合成的异立方辉石相在673 K时具有最大的热电优值zTmax ~ 0.14。除了热电性能外，还详细研究了基于X射线衍射数据和第一性原理计算的有关isocubanite结构的见解。这证实了合成的isocubanite中的Cu-Fe阳离子以固有的无序方式占据立方结构的4d位。
2022-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric transport trends in group 4 half-Heusler alloys
从第一性原理出发，研究了54种不同的4族半赫斯勒（HH）合金的热电性能。电子输运的研究与密度泛函理论使用混合泛函促进的$\mathbf{k} \cdot \mathbf{p}$方法，而温度依赖的有效势方法用于声子贡献的优值$ZT$。计算了声子热导率，包括非简谐声子-声子、同位素、合金和晶界散射。HH合金具有${\it XYZ}$组成，并且在此研究的合金在4-9-15族（Ti，Zr，Hf）（Co，Rh，Ir）（As，Sb，Bi）和4-10-14族（Ti，Zr，Hf）（Ni，Pd，Pt）（Ge，Sn，Pb）中。发现热导率的电子部分显著影响$ZT$，从而影响最佳掺杂水平。此外，功能的选择被发现显着影响热电性能，特别是对于表现出带对齐功能的结构。当考虑合金和晶界散射时，本征热导率显着降低，这也降低了热导率的分布。发现在${\it Z}$ -位点（即由第14或15族元素占据的位点）上的亚晶格无序比由第4族元素占据的${\it X}$ -位点取代更有效。计算结果证实了ZrNiSn、ZrCoSb和ZrCoBi基合金具有良好的热电性能。考虑到可以实现足够高的载流子浓度，一些其他n型和p型化合物也被预测为潜在的优异热电材料。这项研究提供了深入了解HH合金的热电势，并为优化多组分合金的热电性能提供了策略。
2019-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of multinary substitution on electronic and transport properties of TiCoSb based half-Heusler alloys
采用全势线性缀加平面波方法研究了TixZnO 2/2CoPbxTex、TixZnO 2/2 Hfx/2CoPbxTex（x = 0.5）和母体化合物TiCoSb的电子结构.基于半经典玻尔兹曼输运理论计算了这些合金的热电输运性质。从能带结构计算中，我们表明Ti位中的Zr、Hf以及Sb位中的Pb和Te的取代降低了带隙值，并且还将TiCoSb的间接带隙（IB）改变为直接带隙（DB）间隙。计算的TiCoSb、TixZrO 2/2CoPbxTex和TixZrO 2/2 Hfx/2CoPbxTex的带隙分别为1.04 eV（IB）、0.92 eV（DB）和0.93 eV（DB）。所有这些合金都遵循18价电子含量的经验规则，这对于在半赫斯勒合金中产生磁阻是必不可少的。结果表明，Hf在Ti位的取代在室温下提高了ZT值（~1.05），而在较高温度下没有发现ZT的显著差异。基于计算的热电输运性质，我们认为适当的Hf掺杂浓度可以进一步提高TixZrO 2/2 Hfx/2CoPbxTex的热电性能。
2017-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring the Dimensionality of Tellurium Nanostructures via Vapor Transport Growth
本文通过粉末气相沉积技术调控碲纳米结构维度，利用NaCl添加剂促进横向大平面晶粒生长，并在无添加剂条件下合成少层至单层碲烯，为二维碲在电子与光电子器件中的可扩展集成提供关键方案。
2023-09-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spin-dependent Seebeck effect and huge growth of thermoelectric parameters at band edges in H- and F-doped graphene, free-standing and deposited on 4H-SiC(0001) C-face
半掺杂H或F的石墨烯在未掺杂的C位具有局部磁化。因此，塞贝克系数对于每个自旋通道是不同的，并且其符号也根据自旋极化而改变。在C面4 H-SiC（0001）上沉积具有两个缓冲层的掺杂石墨烯显著改变了电子和热电性质。这些性质是有效地计算从半经典玻尔兹曼方程，使用最大局域化的Wannier函数插值的能带结构得到的密度泛函理论。我们的研究结果表明，大的增长的热电势和ZT效率在带边。我们在模型讨论中表明，这种现象更普遍，也适用于石墨烯以外的其他系统。展望了工作在带边区的新型自旋电子器件的发展前景。
2014-08-23 cond-mat.mtrl-sci
First principles study of thermoelectric properties of $\text{Nb}_2\text{Co}_2\text{InSb}$ and $\text{Nb}_2\text{Co}_2\text{GaSb}$ double half-Heuslers
本文通过从头计算研究了Nb₂Co₂InSb和Nb₂Co₂GaSb双半Heusler材料的热电性能，发现引入质量无序能有效降低晶格热导率，提升热电性能。
2026-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Compositional and temperature evolution of crystal structure of new thermoelectric compound LaOBiS2-xSex
我们研究了新的热电材料LaOBiS 2-xSex的晶体结构，其热电性能的增强Se取代，通过使用粉末同步辐射X射线衍射和Rietveld细化。LaOBiS_（2-x）Sex的金属导电性和热电功率因数的提高可以用面内Ch 1位（Ch = S，Se）Se浓度的增加引起的更高的面内化学压来解释。高温X射线衍射测量最佳取代LaOBiSSe揭示了巨大的原子位移参数（UISO）的Bi和Ch原子的BiCh 2导电层。面内Bi和Ch 1位的原子位移参数（U11和U33）的各向异性分析表明，Bi原子在300 K以上沿c轴方向表现出大的原子位移，这可能是LaOBiSSe中低热导率的起源。沿c轴方向的大的Bi振动可能与面内振动有关，这是获得低热导率和声子玻璃电子晶体状态的新策略。
2016-04-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Native defects in the Co$_2$Ti$Z$ ($Z=$ Si, Ge, Sn) full Heusler alloys: formation and influence on the thermoelectric properties
我们已经进行了第一性原理的调查，在全Heusler合金Co $_2$ Ti $Z$（$Z$的第IV族元素Si，Ge，Sn之一）的本地缺陷，确定其形成能和它们如何影响的输运性质。我们发现所有化合物中的Co空位（Vc）和Ti $_\text{Sn}$反位都表现出负的形成能。最小正值出现在反位上过量的Co（Co $_Z$或Co $_\text{Ti}$）和Ti $_Z$。最丰富的原生缺陷被建模为稀合金，与多重散射理论格林函数方法相结合的相干势近似处理。通过Kubo-Greenwood公式和基于其能量依赖性的系统的Seebeck系数，使用以这种方式确定的自洽电位来计算剩余电阻率。后者被证明是显着依赖于缺陷的类型，导致的变化是微妙的，自旋-轨道耦合诱导，在半金属间隙以上的电子结构的变化。其中两个系统，Vc $_\text{Co}$和Co $_Z$，被发现表现出负的塞贝克系数。这一观察，连同它们的低形成能，提供了一个解释的实验观察到的负塞贝克系数的Co $_2$ Ti $Z$化合物是由于无意中产生的原生缺陷。
2017-07-05 cond-mat.mtrl-sci
Transport and electrical properties of cryogenic thermoelectric FeSb2: the effect of isoelectronic and hole doping
本文研究Bi等电子取代和Pb空穴掺杂对低温热电材料FeSb2输运性质的影响，发现1%掺杂可显著降低热导率，并揭示其金属-绝缘体转变及拓扑行为证据。
2023-11-01 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric properties of Sm-doped BiCuSeO oxyselenides fabricated by two-step reactive sintering
在层状含氧化合物中，BiCuSeO由于其固有的低热导率和良好的热稳定性而成为热电应用中最有前途的候选者之一。然而，原始BiCuSeO相当差的导电性阻碍了其潜力。在Bi位单掺杂的热电性能的进一步提高是有限的，主要是由于载流子迁移率的急剧下降。因此，新的策略，如双掺杂或掺杂变价元素似乎是有前途的。与此同时，开发快速和可扩展的合成路线对于热电材料的工业规模制造至关重要。因此，在本文中，Bi $_{1-x}$ Sm $_{x}$ CuSeO样品（0 $\leq$ $x$ $\leq$ 0.08）已合成与一个简单的和可扩展的反应烧结过程。作为比较，Bi $_{1-x}$ Sm $_{x}$ CuSeO硒氧化物也通过传统的固态路线获得.我们的研究结果表明，Sm取代Bi的电导率增加了1.5 - 2倍，Seebeck系数降低了约1.4倍，在873 K的两个系列。总的来说，考虑到掺杂时晶格热导率的增加和未优化的功率因数，品质因数$zT$在掺杂时降低。
2022-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric properties of cement composite analogues from first principles calculations
建筑物每年造成全球能源浪费的相当大一部分，因此产生了过量的碳排放。虽然热量在寒冷的月份和气候中直接损失，导致热负荷增加，但在炎热的气候中需要冷却和通风。提高建筑物能源效率的一个途径是将热电设备和材料集成到建筑物的结构中，以利用内部和外部之间的温度梯度来做有用的工作。水泥基材料在现代建筑中无处不在，并提供了一个有趣的功能化机会。本文采用密度泛函理论和玻尔兹曼输运方法，系统地研究了水化硅酸钙（C-S-H）凝胶类似物雪硅钙石热电材料的电子输运系数。塞贝克系数的计算值在指示良好热电材料的典型量值（200 - 600 $μV/K$）内。雪硅钙石模型被预测为本质上是$p$型热电材料，因为存在大量的Si-O四面体网站。雪硅钙石模型的计算电子$ZT$的最佳值分别为0.983（400 $\mathrm{K}$和$10^{17}$ $\mathrm{cm^{-3}}$）（雪硅钙石9）、0.985（400 $\mathrm{K}$和$10^{17}$ $\mathrm{cm^{-3}}$）（雪硅钙石11）和1.20（225 $\mathrm{K}$和$10^{19}$ $\mathrm{cm^{-3}}$）（雪硅钙石14）。
2022-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Tuning Phononic and Electronic Contributions of Thermoelectric in defected S-Shape Graphene Nanoribbons
热电作为一种利用废热的方式，在电子工业中是必不可少的，但其在工作温度下的低性能使其在实际应用中不合适。定制石墨烯可以改变其特性。在本论文中，我们主要研究了单空位和双空位模型下S型石墨烯结构的输运性质。该结构由一个手性部分，这是一个扶手椅型石墨烯纳米载体，和两个锯齿形石墨烯带组成。我们调查的品质因数的变化，通过塞贝克系数，电子电导，电子和声子电导的空缺，在不同的设备尺寸。利用非平衡格林函数方法研究了体系的输运性质，从而从紧束缚（力常数）模型得到了相应的哈密顿量（动力学矩阵）。所有长度的DV均获得最大品质因数（ZT）。这种系统的物理性质可以通过控制各种参数来调整，例如缺陷的位置和类型以及器件尺寸。研究结果表明，延长结构可以降低声子贡献，单空位比双空位更能区分电子热导行为和电子电导行为。也就是说，空位工程可以显著提高热电性能。在大型器件中，SV可以将ZT提高到2.5倍。
2022-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Improving thermoelectric performance of TiNiSn by mixing MnNiSb in the half-Heusler structure
通过在半Heusler结构中用金属MnNiSb部分取代n型半导体TiNiSn，优化了其热电性能。在此，我们研究了该体系的输运性质和本征相分离。通过电弧熔炼制备Ti 1-xMnxNiSn 1-xSbx合金，并在从差热分析和差示扫描量热法结果获得的温度下进行退火。使用粉末X射线衍射图，能量色散X射线光谱，和差示扫描量热法的相进行了表征。退火后，主要相是具有一些富Ni位点的TiNiSn，少数相主要是Ti6 Sn 5、Sn和MnSn 2。富Ni位是由Frenkel缺陷引起的，这导致了半导体样品在低温下的类金属行为。当x ≤ 0.05时，样品表现出激活的导电性，而当x>0.05时，它们表现出金属特性。与纯TiNiSn相比，x=0.05的品质因数增加了61%（ZT=0.45）。
2016-10-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Electrical and Thermal transport studies of Sr and Mn co-substituted NdCoO3
氧化物热电体由于其在高温下的化学和热稳定性而令人兴奋。然而，这些材料的功效受限于差的品质因数（zT）。在这项研究中，Sr和Mn的共同取代对NdCoO 3（Nd_{1-x} Sr_ xCo_{1-y} Mn_yO_3; 0.00 \leq x \leq 0.10; 0.00 \leq y \leq 0.10）的热电性能的作用进行了研究。在Nd位进行Sr单取代时，Seebeck系数减小;而Sr和Mn共取代使Seebeck系数增大，这归因于Sr单取代的局域化效应。Sr在La位的取代使体系产生空穴，电导率（σ）提高，而Mn在Co位的取代使σ降低。一个降低的热导率的共同取代的样品观察到，并归因于声子热导率的降低。同时优化TE参数，使Nd_{0.95} Sr_{0.05} Co_{0.95} Mn_{0.05} O_3在540 K时的zT \sim提高到0.038。
2021-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical Study of Defects in Cu$_3$SbSe$_4$: Search for Optimum Dopants for Enhancing Thermoelectric Properties
Cu $_3$ SbSe $_4$由于在300 K及更高温度下的高热电势（$>400\ μ$ V/K）而成为一种很有前途的热电材料。虽然它有一个简单的晶体结构，从锌铌结构，以前的工作表明，带隙形成的物理是相当微妙的，由于积极的孤对（5 $s^2$）的Sb和非本地交换这些和硒5 $p$电子之间的相互作用的重要性。由于对于任何应用的半导体理解的缺陷的性质是必不可少的，我们讨论了几个点缺陷的Cu $_3$ SbSe $_4$，包括空位和替换的每个组件的系统研究的结果。利用密度泛函理论的第一性原理计算表明，在各种可能的掺杂剂中，$p$型掺杂可以通过用包括Sn、Ge、Pb和Ti的$IV$族元素取代Sb来实现，而$n$型掺杂可以通过用Mg、Zn取代Cu来实现。在Se位点掺杂似乎相当困难。电子结构计算还表明在名义上纯的Cu $_3$ SbSe $_4$中看到的$p$型行为最有可能是由于Cu空位而不是Se空位。
2014-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Compositionally Engineered Non-Equimolar LaCoO$_3$-Based High-Entropy Perovskites with Enhanced Thermoelectric Performance
Indian Institute of Technology Bhilai（印度理工学院比莱分校）；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）
本研究通过组分工程调控LaCoO3基高熵钙钛矿的阳离子种类与浓度，而非仅最大化构型熵，实现了声子与电子输运的解耦；其中非等摩尔B位组分在保持低热导率的同时降低极化子跳跃势垒，使功率因子和热电优值显著提升至等摩尔类似物的约2.7倍。
2026-09-24 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
Thermoelectric properties and electronic structure of Cr(Mo,V)Nx thin films studied by synchrotron and lab-based X-ray spectroscopy
本文研究Cr(Mo,V)Nx薄膜的电子结构与热电性能，发现V合金化引入空穴可提高功率因子，而Mo合金化通过杂化增加费米能级态密度并降低Seebeck系数，揭示了N空位和合金化对热电性能的竞争调控机制。
2023-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric properties of Sb doped AlFe$_2$B$_2$
研究了Al $_{1.2}$ Fe $_2$ B $_2$化合物在300 ~ 773 K温度范围内的热电性能。通过真空电弧熔炼Al、Fe和B，然后在氩气气氛下在1323 K退火，制备Al $_{1.2}$ Fe $_2$ B $_2$化合物。随后将退火的锭粉碎成粉末并在真空下在1273 K下热压。热压合金主要由Al $_{1.2}$ Fe $_2$ B $_2$相和少量的FeB相组成，当Sb在Al $_{1.2}$ Fe $_2$ B $_2$中掺杂0.1%时，FeB相含量进一步降低。原始Al $_{1.2}$ Fe $_2$ B $_2$在773 K时表现出n型导电性，最大优值（zT）为0.03。Sb掺杂提高了高温下的塞贝克系数，也降低了整个研究温度范围内的声子热导率。声子热导率的降低归因于Fe和Sb原子之间的质量波动引起的点缺陷声子散射。在Fe位掺杂0.1at%的Sb导致在773 K下zT提高到0.056，尽管其在Al $_{1.2}$ Fe $_2$ B $_2$中的有限溶解并形成FeSb $_2$第二相。
2022-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Conventional Half-Heusler Alloys Advance State-of-the-Art Thermoelectric Properties
半赫斯勒（HH）相作为用于功率转换的热稳定且无毒的热电材料已经获得了很多关注。迄今为止研究最多的合金使用Hf、Zr和Ti作为基础成分。这些合金可以实现接近1的中等无量纲品质因数ZT。最近的研究已经通过采用纳米结构和新颖的组合物来实现更大的ZT，达到高达1.5，从而提高了HH合金的热电性能。在这里，我们报告说，传统的合金化技术应用于传统的铪锆基半赫斯勒合金也可以导致特殊的ZT。具体来说，我们提出了良好的研究p型Hf0.3Zr0.7CoSn0.3Sb0.7，以前报道有一个ZT~0.8，共振掺杂小于1原子。在Sn/Sb位上的金属Al含量为1.0%时，980 K时的ZT接近1.5。这是通过在高温下显著提高功率因数（约65%）和显著但较小的热导率降低（约13%）来实现的。这些有利的热电性能进行了讨论，在费米能量附近的状态密度的局部异常，旨在提高塞贝克系数，所揭示的第一性原理计算，以及出现的高度异质性的晶粒结构，可以散射声子跨越不同的长度尺度，有效地抑制了热导率。因此，在一个单一的抛物带模型中，有效质量从~ 7到10 me显著增加，与第一性原理计算的结果一致。通过常规和非复杂的方法在通常研究的半赫斯勒合金中发现高ZT，为进一步发现类似类型的合金开辟了新的途径。此外，我们有理由相信，这项研究将重振在传统合金系统中探索高热电性能的努力。
2022-10-25 cond-mat.mtrl-sci
Predicting ground-state configurations and electronic properties of the thermoelectric clathrates Ba$_{8}$Al$_{x}$Si$_{46-x}$ and Sr$_{8}$Al$_{x}$Si$_{46-x}$
从第一性原理出发，研究了BaPDMATHABMM Al $_{x}$ Si $_{46-x}$和$_{8}$ Al $_{x}$ Si $_{46-x}$的结构和电子性质.由于大量的可能的替代配置，我们使用一个特殊的迭代集群扩展的方法，预测基态和准简并结构在一个高效的方式。这些是从模拟退火技术中找到的，其中对数百万个配置进行了采样。对于这两种化合物，我们发现一个线性增加的晶格常数与Al取代基的数量，确认实验观察Ba $_{8}$铝$_{x}$硅$_{46-x}$。此外，计算出的高对称性网站之间的键距与实验吻合良好，为整个组成范围。对于低于16的$x$，两种材料的所有配置都是金属的。在电荷平衡的组合物（$x=16$），取代有序导致金属-半导体转变，和Ba $_{8}$ Al $_{16}$ Si $_{30}$和Sr $_{8}$ Al $_{16}$ Si $_{30}$的基态分别表现出间接Kohn-Sham带隙为0.36和0.30 eV，而能量较高的配置是金属。半导体行为的发现是一个很有前途的结果，鉴于利用这些材料在热电应用。
2017-08-27 cond-mat.mtrl-sci
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
Large Thermoelectric Power Factor in TiS2 Crystal with Nearly Stoichiometric Composition
TiS $_{2}$晶体具有很高的热电功率因数，在300 K时的面内功率因数$S^{2}/ ρ$为37.1~ $μ$ W/K $^{2}$ cm，电阻率为1.5 × 10 - 6（$ρ$）1.7 m $Ω$ cm和热电（$S$）为-251~ $μ$ V/K，并且该值与最好的热电材料Bi $_{2}$ Te $_{3}$合金相当。电阻率表现出金属和高度各向异性的行为，这表明该TiS $_{2}$晶体的电子结构具有准二维性质。大的热电响应可以归因于刚好在费米能之上的大的态密度和谷间散射。尽管功率因数大，但由于相对大的热导率（68 mW/Kcm），在300 K下，TiS $_{2}$的品质因数$ZT$为0.16。然而，该值的大部分来自可约格贡献。因此，可以通过降低晶格热导率来改善$ZT$，例如，通过在层间位置引入振动单元。
2001-11-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electronic, vibrational and transport properties of pnictogen substituted ternary skutterudites
采用第一性原理计算研究了磷属元素取代的三元方钴矿的电子能带结构和振动光谱。我们比较的结果与原型的二元组合物CoSb $_3$，以确定Sb网站上的替代的影响，并评估热电应用的三元方钴矿的潜力。电子输运系数计算玻尔兹曼运输形式主义假设一个恒定的弛豫时间内，使用一种新的方法，最大限度地本地化的Wannier函数插值的基础上。我们的研究结果表明，电子输运系数对载流子浓度和与增强的极性相关的散射机制具有很大的敏感性。键的离子特性被用来解释热电性能的不利影响。
2011-12-08 cond-mat.mtrl-sci
Electronic bulk and domain wall properties in B-site doped hexagonal ErMnO$_3$
受主和施主掺杂是定制半导体的标准。最近，掺杂被用来优化铁电畴壁的行为。与半导体领域一个多世纪的研究相比，化学取代对畴壁局部电子响应的影响在很大程度上尚未被探索。这里，六方锰酸盐ErMnO $_3$是掺杂有Ti $^{4+}$的施主。密度泛函理论计算表明，Ti $^{4+}$进入B位，取代Mn $^{3+}$。扫描探针显微镜测量确认的铁电畴模板的鲁棒性。在宏观和纳米尺度的电子输运的特点。的测量表明，新兴的畴壁电流的内在本质和指向Poole-Frenkel电导为主导的运输机制。除了对六方锰氧化物的电子性质的新见解之外，B位掺杂还增加了调节畴壁功能的额外自由度。
2017-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Effect of crystal field engineering and Fermi level optimization on thermoelectric properties of Ge$_{1.01}$Te: Experimental investigation and theoretical insight
这项研究显示了一种通过在阳离子位点上Ti和Bi共掺杂以及通过同时优化电子（通过晶体场工程和精确的费米能级优化）和热（通过点缺陷散射）传输特性来用Ge自掺杂来增强GeTe基材料的热电特性的方法。原始的GeTe由于本征Ge空位而具有高载流子浓度（$n$）、低塞贝克系数（$α$）和高热导率（$κ$）。Ge空位优化和晶体场工程导致经由过量Ge和Ti掺杂的增强的$α$，其通过经由Bi掺杂的能带结构工程进一步改善。由于提高了$α$和优化了费米能级（载流子浓度），Ti-Bi共掺Ge $_{1.01}$ Te获得了增强的功率因数（$α^2σ$）。这些实验结果也证明了理论计算的能带结构，和热电参数，分别使用密度泛函理论和Boltztrap计算。在300 K时，GeTe中Ti-Bi共掺杂的声子热导率（$κ_{ph}$）从$\sim$ 3.5 W.m $^{-1}$. K $^{-1}$显著降低到$\sim$ 1.06 W.m $^{-1}$ .K $^{-1}$，归因于质量和应变场波动引起的点缺陷散射，符合Debye-Callaway模型。声子色散的计算表明，在Ti-Bi共掺杂的GeTe的群速度下降，支持所获得的约化$κ_{ph}$。在本研究中使用的策略可以显着增加有效质量，优化载流子浓度，并降低声子热导率，同时实现了令人印象深刻的最大zT值为1.75，在773“，K和平均zT（$_{av}$）为1.…
2023-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring spin reorientation and magnetic interaction for room-temperature spintronics in Tb-Doped SmFeO3 single crystal
本研究通过Tb掺杂将SmFeO3单晶的自旋重取向温度降至约350 K，并揭示其磁耦合与磁滞回线转变机制，为室温自旋电子学提供了新材料。
2025-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring defects and nanocrystal transformation for optimal heating power in bimagnetic $Co_yFe_{1-y}O@Co_xFe_{3-x}O_4$ particles
本研究通过调控钴掺杂量与缺陷结构优化双磁性氧化铁核壳纳米晶的磁性能，结合实验与模拟阐明其结构-性能关联，验证了其在磁热疗应用中的加热效率潜力。
2023-06-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric properties of Topological Weyl Semimetal Cu$_2$ZnGeTe$_4$
University of Warwick（华威大学）；Jawaharlal Nehru Centre for Advanced Scientific Research (JNCASR)（贾瓦哈拉尔·尼赫鲁高级科学研究中心）；National Sun Yat-sen University（国立中山大学）；S. N. Bose National Centre for Basic Sciences（S.N. 玻色基础科学国家中心）；Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）
本文结合第一性原理计算与输运测量，研究Cu₂ZnGeTe₄的热电性质，发现其为窄带隙半导体，晶格膨胀或Ge位Sn取代可使其转变为外尔半金属相，为拓扑量子材料的热电应用提供了新方向。
2026-08-20 cond-mat.mtrl-sci
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
First principle studies on electronic and thermoelectric properties of Fe$_{2}$TiSn based multinary Heusler alloys
具有8/18/24价电子数（VEC）的合金是在低温和高温下高效能量转换和制冷应用的有希望的候选者。采用WIEN 2k程序中的全势线性缀加平面波方法，结合PBE $-$ GGA和TB $-$ mBJ交换势和Boltzmann输运理论，研究了体系的电子结构和TE输运性质.计算的单晶弹性常数、声子色散和声子态密度证实了这些系统是力学和动力学稳定的。TE输运性质通过包括从计算的弹性性质计算（$κ^{elastic}_{L}$）和从声子色散曲线（$κ^{phonon}_{L}$）的两种方法获得的热导率的晶格部分（$κ_{L}$）来计算。在Fe $_{2}$ TiSn的Ti/Sn位置处的等价/异价取代的大质量差/应变波动引起的强声子$-$声子散射降低了晶格热导率，这导致Fe $_{2}$ Sc $_{0.25}$ Ti $_{0.5}$ Ta $_{0.25}$ Al $_{0.5}$ Bi $_{0.5}$在900 K下的高\textit{ZT}值为0.81。利用PBE $-$ GGA和TB $-$ mBJ泛函计算的能带结构对TE输运性质进行了比较分析，发现TB $-$ mBJ方案得到的\textit{ZT}值明显高于基于PBE $-$ GGA的值.计算出的相对低的晶格热导率和高的\textit{ZT}值表明，等价/异价取代的Fe $_{2}$ TiSn是中高温废热回收的有希望的候选者。
2022-05-16 cond-mat.mtrl-sci
Single-Atom Adsorption on h-BN along the Periodic Table of Elements: From Pristine Surface to Vacancy-Engineered Sites
University of Belgrade − Faculty of Physical Chemistry（贝尔格莱德大学物理化学学院）；Luleå University of Technology（吕勒奥理工大学）；Serbian Academy of Sciences and Arts（塞尔维亚科学与艺术院）
研究单原子在六方氮化硼上吸附行为，揭示空位工程对吸附能的影响，提出缺陷工程用于调控h-BN性能的方法。
2026-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Defect-Engineered Multifunctionality in Cu-Doped Bi2Te2: Interplay of Thermoelectric, Piezoelectric, and Optoelectronic Properties from First-Principles Insights
University of West Bohemia（西波希米亚大学）；Riphah International University（里帕赫国际大学）；Northern Border University（北部边界大学）
铜掺杂Bi₂Te₃通过缺陷工程增强其热电、压电和光电子性能，为混合能源收集和红外探测提供多功能材料。
2025-12-12 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Modification of electronic structure and thermoelectric properties of hole-doped tungsten dichalcogenides
本文研究了具有多谷能带结构的层状二硫属化合物WSe_2的电子结构和空穴掺杂效应。通过能带结构计算和比热测量，从理论和实验上发现Te的引入改变了WSe_2的电子态。而在WSe_2中，价带最大值位于Gamma点，Te的引入相对于Gamma点提高了K点处的能带。此外，热输运测量揭示了在室温下的W_1-xTa_xSe_1.6Te_0.4比报道的W_1-xTa_xSe_2的热导率更小。然而，当接近900 K时，两个系统的热导率收敛，而在W_1-xTa_xSe_1.6Te_0.4中的电阻率大于在W_1-xTa_xSe_2中的电阻率，导致在W_1-xTa_xSe_1.6Te_0.4中的品质因数的可比较但略小的值。
2015-02-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tailoring hard magnetic properties of Fe2MnSn Heusler alloy via interstitial modification: A first-principles approach
该研究通过第一性原理计算证明，在Fe2MnSn Heusler合金中引入B、C、N、O等轻间隙元素可显著提升磁化强度、居里温度和磁晶各向异性，其中N掺杂在12.5 at%时实现最高单轴各向异性和磁硬度，为无稀土高性能永磁体设计提供了可持续新路径。
2025-07-02 cond-mat.mtrl-sci
