Thermal Stability Study of Transition Metal Perovskite Sulfides
过渡金属钙钛矿硫族化合物是一类功能性丰富的材料,作为可再生能源应用的候选材料越来越受到关注。过氧化氢氧化物被认为是优良的n型热电材料。与氧化物相比,硫属化合物具有更好的热电性能,如更低的晶格热导率和更小的带隙,使它们成为高温热电材料的候选者。因此,有必要详细研究这些材料的热性能,特别是热稳定性,以评估其潜力。本文报道了五种化合物α-SrZrS $_3$,β-SrZrS $_3$,BaZrS $_3$,Ba $_2$ ZrS $_4$,Ba $_3$ Zr $_2$ S $_7$的合成及热稳定性研究。这些材料涵盖了几种结构类型,包括扭曲的钙钛矿,针状和Ruddlesden-Popper相。差示扫描量热仪和热重分析测量在高达1200°C的空气中进行。结构和化学表征,如X-射线衍射,拉曼光谱,和能量色散分析X-射线光谱进行所有的样品之前和之后的热处理,以了解氧化过程。我们的研究表明,钙钛矿硫族化合物在空气中具有优异的热稳定性,至少高达600°C。
2018-07-09 cond-mat.mtrl-sci
An Array of Layers in Silicon Sulfides: Chain-like and Ground State Structures
虽然人们对与碳纳米结构相关的等电子材料(如氮化硼层和纳米管)了解很多,但对等效的硅基材料却知之甚少。继最近发现磷烯之后,本文讨论了等电子单硫化硅膜。我们描述了一组各向异性的基态结构,显然具有相对于近各向同性的单硫化硅单层的高稳定性。层的各向异性的来源是有关的存在的Si-S双链连接的一些Si-Si共价键,这是在增加的稳定性的核心,连同一个显着的spd杂化的Si。d轨道的参与为与磷烯等电子的基于硫化硅的纳米结构带来了更多的多样性,这可能与未来的应用相关,增加了额外的自由度。
2016-06-09 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
Designing graphene/hexagonal boron nitride superlattice monolayer with high thermoelectric performance
我们设计了一种石墨烯/六方氮化硼超晶格杂化单层膜,并利用密度泛函理论和Boltzmann输运方程研究了其热电性能,其中弛豫时间通过电子-声子耦合计算得到精确处理.与原始石墨烯相比,超晶格结构的晶格热导率降低了两个数量级以上,这是由于混合键特性引起的增强的三声子散射过程。此外,费米能级附近轻重带的共存导致了Z字形方向上的高功率因数,在1100 K时n型系统的ZT值最高可达~2.5.此外,应注意,价带最小值附近的载流子输运几乎完全由超晶格的石墨烯部分贡献。结果表明,适当的磷取代氮原子可以使p型系统的热电性能提高到与n型系统相当,这可以抑制晶格热导率,但对空穴输运几乎没有影响。
2019-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theoretical insights on structural, electronic and thermoelectric properties of inorganic biphenylene: non-benzenoid Boron nitride
通过第一性原理计算,研究了无机联苯撑(I-BPN)的结构、电子和热电性质,发现其稳定性与BPN相当,且具有1.88 eV间接带隙,ZT峰值优于其他B-N材料。
2023-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Unveiling the Thermoelectric Properties of Group III-Nitride Biphenylene Networks
Turkish National Defense University(土耳其国立国防大学);Sabanci University(萨班哲大学);Rice University(莱斯大学)
本研究通过计算揭示III族氮化物双苯烯网络的热电性能,发现InN-BPN在800K时具有最高的p型zT值2.33。
2025-12-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric power factors of defective scandium nitride nanostructures from first principles
IT4Innovations, VŠB – Technical University of Ostrava(俄斯特拉发理工大学 IT4 创新中心);Department of Condensed Matter Physics, Faculty of Mathematics and Physics, Charles University(查理大学数学与物理学院凝聚态物理系)
本文通过Landauer方法从第一性原理研究缺陷钪氮化物纳米结构的热电功率因子,揭示了缺陷和杂质对电子输运机制的影响及其微观起源。
2026-01-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Highly Rectifying Cubic Copper Iron Sulfides p-n Junction Diode Fabricated by Anodic Oxidation
Kyushu University(九州大学)
本研究通过阳极氧化法制备了立方Cu4Fe5S8 p-n结二极管,实现高达10^6的整流比和15 A cm^-2的正向电流密度,展示了低成本湿法工艺在半导体制造中的潜力。
2025-10-23 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
A Systematic Investigation of PbSe Thermoelectric Material
本研究系统考察了掺镓PbSe的热电性能,发现最佳掺杂浓度0.005原子百分比在873K时实现最大ZT值约1.2,归因于电导率提升和热导率降低,表明其适用于中温热电应用。
2025-03-31 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High Performance Ternary Alkali Nitrides for Renewable Energy Applications
化石燃料能源的迅速减少使得迫切需要可再生能源。在这里,我们报告了一个以前未开发的类氮化物AMN $_2$保持可再生能源的应用。通过使用第一性原理模拟进行详细的结构和稳定性分析,我们发现了12种这样的化合物(其中很少有之前已经合成的),它们在化学、机械和动力学上都是稳定的。然后评估这12种化合物对三种可再生能源应用的适用性,(i)光催化,(ii)水裂解和(iii)热电。电子结构的分析表明,高的光学跃迁强度导致吸收急剧上升。这又产生高短路电流,因此对于少数化合物,即CsVN $_2$和RbVN $_2$,产生优异的太阳能效率。随着优良的吸收质量,一些化合物显示出有利的带边位置相比,水的氧化还原水平,因此是有前途的光电极在光(电)化学水裂解装置。能带结构中的平坦带和分散带的混合产生高的Seebeck和电导率,因此七种化合物具有优异的功率因数。模拟的晶格热导率显示出中等至超低的值,因此即使在较低的温度下,也有可能实现高的热电优值(ZT)。从实验的角度来看,我们讨论了可能出现的挑战,而利用这些化合物所需的应用程序,并建议可能的途径来克服它们。我们相信,这种有前途的材料的理论预测是非常有用的新材料发现和预期的快速反应,从实验界。
2019-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Textured growth and electrical characterization of Zinc Sulfide on back-end-of-the-line (BEOL) compatible substrates
本文研究在后道工艺兼容衬底上低温生长硫化锌薄膜,采用脉冲激光沉积实现织构化晶体生长,并通过电学表征证明其低漏电流和高本征性,为BEOL三维集成提供潜在p型宽带隙半导体材料。
2025-05-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
First-principles calculations of Sc2CdS4 and Y2CdS4 compounds
直接带隙材料是高效率光电子器件的关键。因此,研究新型直接带隙材料具有重要意义。本文采用全电子全势线性增强平面波方法研究了两种新型d-金属硫化物Sc_2CdS_4和Y_2CdS_4。这两种化合物都显示出半导体性质和直接带隙,Sc_2CdS_4和Y_2CdS_4的直接带隙分别为1.886eV和2.209eV。在价带和导带之间存在S-p和Sc/Y-d轨道的强杂化,有利于电输运。计算了关键光学参数。反射率R(0)和折射率n(0)的静态值与能带隙(Eg)成反比。化合物Sc_2CdS_4和Y_2CdS_4都是P型热电材料,因为空穴载流子主导电子输运。所有化合物的高光学和热响应表明它们是光学和热电器件的潜在候选者。
2020-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Coordination-Resolved Surrogate Models for Thermodynamic Stability, Band Gaps, and Magnetic Moments of Spinel Oxides, Sulfides, and Selenides
Sidi Mohamed Ben Abdellah University(西迪穆罕默德·本阿卜拉大学)
研究尖晶石化合物相关性质,通过从材料项目挑选条目训练树集成替代模型预测多种性质,经多次分组留出法测试,冠军模型在形成能等方面有一定误差水平,带隙回归有负面结果,还通过SHAP归因等分析了模型与性质的联系。
2026-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure of a spark-plasma-sintered Fe2VAl-type Heusler alloy for thermoelectric application
本文通过富氮雾化和火花等离子体烧结在Fe2VAl基Heusler合金中构建多层级缺陷结构,并结合微观表征与热电测量,证明缺陷工程可显著降低热导率并提升热电性能。
2023-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Surface Passivation of III-V GaAs Nanopillars by Low Frequency Plasma Deposition of Silicon Nitride for Active Nanophotonic Devices
人们付出了大量努力,通过减少III-V族化合物材料的非辐射态来改善其电子和光学性能,目标是高效的III-V族亚微米器件。尽管取得了许多进展,但关于化学处理和覆盖电介质层的哪种组合可以最好地可再现地保护III-V族的晶体表面,同时与容易获得的等离子体沉积方法兼容,仍然存在争议。本工作报告的硫化物铵化学处理的作用,然后介电涂层的GaAs/AlGaAs纳米柱的钝化效果的系统的实验研究。我们的研究结果最终表明,最好的表面钝化,实现了使用硫化铵,然后通过封装与一薄层的氮化硅由低频等离子体增强化学沉积。在这里,硫化GaAs表面,高水平的氢离子和低频(380 kHz)激发等离子体,使氢的强烈轰击,似乎都提供了一个组合的钝化机制的支柱的积极作用。我们观察到最好的样品的光致发光(PL)的积分强度增加了29倍,与未经处理的纳米柱相比。X-射线光电子能谱学分析证实最佳处理显示出镓和砷天然氧化物的显著去除。时间分辨的微PL测量显示纳秒寿命导致干蚀刻GaAs纳米柱的表面复合速度创纪录的低。我们实现了坚固、稳定和长期钝化的纳米柱表面,这为纳米级发光二极管中显著的高内部量子效率(IQE>0.5)创造了期望。增强的性能为许多其他纳米结构和器件铺平了道路,如微型谐振器,激光器,光电探测器和太阳能电池。
2022-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
First-principles study of the layered thermoelectric material TiNBr
层状结构材料通常被认为是热电材料的良好候选者,因为它们由于原子层间相互作用而倾向于表现出固有的低热导率。层状结构材料的电性能可以很容易地使用各种方法进行调整,如能带修改和嵌入。TiNBr是层状结构金属氮化物卤化物MNX(M = Ti,Zr,Hf; X = Cl,Br,I)的一员,在300 K时的Seebeck系数为2215 $μV/K$。沿A轴的无量纲优值ZT在800 K下可高达0.661,对应于低至1.34W/(m K)的晶格热导率。TiNBr的低${κ_l}$与集体低声子群速度(平均$2.05\times 10^3 $ m/s)和大声子非谐性相关,可以使用Grüneisen参数和三声子过程进行量化。原子在高度非谐模中的运动动画主要涉及N原子的运动,电荷密度差揭示了N原子随着非谐模的合并而极化。通过对能量-位移曲线的拟合,证实了TiNBr的积分非谐性除了三声子过程外,四阶非谐效应也是重要的。我们的工作是第一次研究的TiNBr的热电性能,并可能有助于建立低晶格热导率和声子振动模式的行为之间的联系。
2018-12-24 cond-mat.mtrl-sci
Machine Learning Interatomic Potential for Anisotropic Thermal Transport in Bulk Hexagonal Boron Nitride
层状材料中的高度各向异性热导率对于广泛的应用至关重要,例如电子设备的热管理、热绝缘和热电。对层状材料各向异性热输运的理解在很大程度上依赖于基于密度泛函理论(DFT)或经验势的原子模拟,然而,这些方法的计算效率或精度较低。最近,机器学习原子间相互作用势(MLIPs)正在成为弥合这一差距的强大工具。尽管最近在开发MLIP方面取得了进展,但很少有人关注构建一个可以准确预测层状材料热性能的势函数,这与各向同性材料相比更具挑战性,因为层状材料中的高度各向异性键合和弱范德华相互作用。在这里,我们介绍了一个MLIP内的高斯近似势(GAP)的框架内的块状六方氮化硼(h-BN)具有典型的层状结构。GAP可以很好地预测高度各向异性的声子输运性质和体相h-BN的热导率与DFT水平的精度在数量级降低成本。我们的工作证明了GAP能够再现块状h-BN和潜在的其他层状材料的各向异性势能面的细微特征。基于MLIP的原子模拟有望极大地促进对层状材料中声子输运的理解和热物理性质的预测。
2022-08-22 cond-mat.mtrl-sci
Tuning Thermal Conductivity and Electron-Phonon Interactions in Carbon and Boron Nitride Moiré Diamanes via Twist Angle Manipulation
Skolkovo Institute of Science and Technology(斯科尔科沃科学技术研究所);Digital Materials LLC(数字材料有限责任公司);Emanuel Institute of Biochemical Physics RAS(俄罗斯科学院埃马纽埃尔生物物理化学研究所)
研究通过扭角调控碳和氮化硼莫尔二面体的热导率和电子-声子相互作用,发现高阶非谐贡献对热导率有重要影响,同时扭角增加导致结构无序增长,引起带隙重构和热导率显著降低。
2026-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Orbital-Engineered Spin Asymmetry and Multifunctionality in Eu-Activated CaAlSiN$_3$: A First-Principles Roadmap to Optical-Thermoelectric Fusion
本研究通过第一性原理DFT计算,揭示了Eu3+掺杂CaAlSiN3的电子、光学、机械及热电特性,证实其为稳定高效的WLED用红光荧光粉,为光电材料晶位工程提供理论依据。
2025-10-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Thermal Transport in Ag8TS6 (T= Si, Ge, Sn) Argyrodites: An Integrated Experimental, Quantum-Chemical, and Computational Modelling Study
Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM)(联邦材料研究与测试研究所);University of Münster(明斯特大学);Friedrich Schiller University Jena(弗里德里希·席勒耶拿大学)
本研究整合实验、量子化学与计算建模,探究Ag8TS6硫银锗矿家族的热输运机制,提出双通道晶格动力学模型并验证其预测准确性,揭示低晶格热导率成因及热导率与离子电导率可独立调控的特性。
2025-10-27 cond-mat.mtrl-sci
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
Machine Learning guided high-throughput search of non-oxide garnets
Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg(马丁·路德·哈勒-维滕贝格大学)
石榴石,自人类文明的早期阶段,发现了重要的应用在现代技术,包括磁约束,自旋电子学,锂电池等绝大多数实验已知的石榴石是氧化物,而探索(实验或理论)的化学空间的其余部分已被限制在范围内。一个关键问题是石榴石结构具有大的原始晶胞,需要大量的计算资源。为了对新石榴石的完整化学空间进行全面搜索,我们将图神经网络的最新进展与高通量计算相结合。我们应用机器学习模型来识别潜在的(Meta)稳定石榴石系统之前,系统的密度泛函计算,以验证预测。通过这种方法,我们发现了600多个具有各种物理和化学性质的三元石榴石,其到凸壳的距离小于100~meV/原子。这包括硫化物、氮化物和卤化物石榴石。为此,我们分析了其电子结构,并讨论了电子带隙大小与电荷平衡之间的关系。
2022-08-29 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Thermal conductivity of graphene polymorphs and compounds: from C3N to graphdiyne lattices
为了找到碳基二维半导体,大量的实验和理论尝试已经产生了各种各样的石墨烯多晶型物,例如具有高度吸引人的物理和化学性质的碳氮化物、碳硼化物、石墨炔和石墨二炔2D材料。在这项研究中,通过进行广泛的非平衡分子动力学模拟,我们计算和比较了13个突出的碳基结构在不同长度和两个主要的手性方向的热导率。实验结果表明,C3 N、C3 B和C2 N的结构具有最高的导热系数,可以作为热管理系统的候选材料,以提高热耗散率。相比之下,通常石墨二炔晶格,特别是18-6-Gdy石墨二炔产生最低的热导率,这可能是热电应用的有前景的特征。作为一个显着的发现,我们可以建立导热系数和密度或基于碳的二维系统的杨氏模量之间的联系,这可以用来估计其他多晶型物的导热系数。这些结果可以提供一个全面的观点,无孔和非常多孔的碳基二维材料的热传输性能,并可用于未来的热管理设计的有用的指导。
2019-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Structural stability, elemental ordering, and transport properties of layered ScTaN2
本研究通过组合溅射与快速热退火制备层状ScTaN2薄膜,发现其可在宽成分窗口稳定存在,具有高载流子浓度和弱反局域化特征,为探索化学计量连接线上的电子性质提供了平台。
2025-07-08 cond-mat.mtrl-sci
High-frequency complex impedance analysis of the two-dimensional semiconducting MXene-$Ti_2CO_2$
MXene的二维化合物组具有独特的光学、电学、化学和机械性能,是一类特殊的过渡金属碳化物和氮化物。除了在Li-S、Li离子电池、导电电极、氢存储和燃料电池中的传统应用之外,半导体氧官能化MXene- $Ti_2CO_2$中的低晶格热导率与高电子迁移率的结合导致了最近对高性能热电和纳米电子器件的兴趣。除了上述直流传输应用外,鉴于人们对无线通信和透明导体应用的兴趣日益浓厚,了解它们之间的交流传输也至关重要。在这项工作中,我们调查使用我们最近开发的$ab~initio$传输模型,电子迁移率和电导率的实部和虚部最终描绘载流子传输超出室温的频率范围高达太赫兹范围。我们还对比了载流子迁移率和电导率与德鲁德的模型来描述其不准确性与实验进行了有意义的比较。我们的计算表明,声学变形势散射,压电散射和极性光学声子散射机制的影响。在不依赖于实验数据的情况下,我们的模型需要使用密度泛函理论从第一原理计算的输入。我们的研究结果为提供基于从头计算的交流输运计算奠定了基础,目前的研究MXene的高频应用。
2023-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Severe Plastic Deformation of Ceramics by High-Pressure Torsion: Review of Principles and Applications
本文综述了高压扭转法在陶瓷剧烈塑性变形中的原理与应用,涵盖微观结构演化、性能改善及高熵陶瓷等新材料合成。
2025-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Quantifying the search for solid Li-ion electrolyte materials by anion: a data-driven perspective
我们汇编了固体锂离子电解质性能的数据和机器学习模型,以评估材料发现工作的状态,并为未来的工作建立新的见解。候选电解质材料必须满足几个要求,其中主要是快速的离子电导率和稳健的电化学稳定性。考虑到这两个要求,我们发现新的证据表明,优化硫化物的快速离子导电性和广泛的电化学稳定性可能比优化氧化物更有可能,并且经常被忽视的氯化物和溴化物可能是锂离子电解质特别有前途的家族。我们还发现,氮化物和磷化物似乎是最有前途的材料家族的电解质稳定对锂金属阳极。此外,现有数据在性能空间中的分布表明,对Li金属和>4V阴极都稳定的快速导电材料是极其罕见的,并且多电解质架构是成功实现固态Li金属电池的更可能的途径,大约一个数量级或更多。我们的模型是验证其再现众所周知的趋势,已经出现了从有限的现有数据在最近几年,即晶格阴离子的电负性与离子电导率和电化学稳定性。在这项工作中,我们利用现有的数据,使固体电解质的性能趋势首次定量,建立一个路线图,以补充材料发现工作周围所需的材料性能。
2019-04-18 cond-mat.mtrl-sci physics.data-an