Enhancement of thermoelectric properties by Se substitution in layered bismuth-chalcogenide LaOBiS2-xSex
研究了新型层状铋硫族化合物LaOBiS_（2-x）Sex的热电性能。部分取代的S由Se产生的导电性（金属特性）的增强在LaOBiS 2-xSex。功率因数随硒浓度的增加而增大。在470 ° C附近的最高功率因数为4.5 uW/cmK ~ 2。C表示LaOBiSi.2Se0.8。获得的无量纲品质因数（ZT）在约470 ° C下为0.17。C在LaOBiS1.2Se0.8中。
2014-09-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Physical properties of the thermoelectric cubic lanthanum chalcogenides La3-yX4 (X=S,Se,Te) from first-principles
本文报道了立方晶系La_（3-y）X_（4）（X=S，Se，Te）材料的稳定性、晶格动力学、电子和热电性质的从头计算结果，分析了它们的热电应用潜力。在碲化物中，镧的运动与碲的运动是强耦合的，而在硫化物中，这两种原子的运动是解耦的。然而，这对它们的热性能没有影响，因为实验上所有化合物都具有低导热性。我们认为这是由于声学模式的Umklapp散射，特别是在所有三种硫属化物中发现的约7-8 meV的低能光学模式，如在笼状化合物如方钴矿或笼形化合物中，即使在立方Th 3 P4结构中没有笼。我们发现从碲化物到硫化物的能带隙增加，与实验结果吻合得很好。然而，由于它们相似的能带结构，我们发现这三种化合物具有几乎相同的热电性能。我们的结果与实验定性一致，特别是在碲化物的情况下，其中存在大量的数据。结果表明，硫化物具有很强的热电潜力，如果载流子浓度得到优化，可以取代碲化物。最后，我们还预测一个更大的最大ZT的p型掺杂材料比n型掺杂的，即使化合物与p型掺杂仍有待合成。因此，我们的研究结果表明，有可能使高温性能的热发电机仅基于La 3X 4化合物。
2013-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Hierarchical Characterization of Thermoelectric Performance in Copper-Based Chalcogenide CsCu$_3$S$_2$: Unveiling the role of Anharmonic Lattice Dynamics
该研究通过纳入高阶声子非谐效应与 MRTA 电输运计算，揭示 CsCu$_3$S$_2$ 强非谐性来源，并准确预测其高温面内热电优值。
2024-09-07 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Investigation of the Physical and Thermoelectric Properties of Chalcogenide Compounds for Waste-Heat Recovery
University of Rajshahi（拉杰沙希大学）；Khulna University of Engineering and Technology（库尔纳工程与技术大学）
本研究利用密度泛函理论与 BoltzTraP2 计算评估 CdGa2Te4 和 ZnGa2Te4，揭示其良好热电输运、超低晶格热导率及热稳定性，可用于 900 K 以下废热回收与热障涂层。
2025-10-20 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
Identifying Highly Deformable van der Waals Layered Chalcogenides with Superior Thermoelectric Performance Using Deformability Factors and Interpretable Machine Learning
本研究结合形变因子与机器学习模型，从1000余种范德华层状硫族化合物中筛选出兼具高形变性与优异热电性能的NbSe₂Br₂，其热电性能达柔性无机材料最优水平，有望推动柔性热电器件发展。
2024-10-08 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Limit of zT enhancement in rock-salt structured chalcogenides by band convergence?
岩盐结构的硫族化合物，如PbTe、PbSe和SnTe，是中温热电应用的最佳候选者，并且它们的p型热电效率可以通过对齐价带来提高。在这里，我们提供了全面的数值研究能带收敛对电子性质的影响。我们发现，额外的价带确实可以显着提高功率因数。然而，额外的价带也可以增加电子热导率，这部分地抵消了整体品质因数的增强的功率因数。最后，我们预测，PbTe，PbSe和SnTe的最大优值可以达到2.2，1.8和1.6，re-birth，而不依赖于晶格热导率的降低。
2016-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Importance of non-parabolic band effects in the thermoelectric properties of semiconductors
我们提出了一个分析的热电性能的$n$型GeTe和SnTe的铅硫族化合物PbTe和PbSe。我们发现半导体GeTe和SnTe的单简并导带是高度非椭球的，甚至非常接近带边。这导致了具有强烈波纹形状的等能表面，这在载流子浓度远低于0.005 $e$/分子式单位（7 - 9 $\times$ 10 $^{19}$ cm $^{-3}$，取决于材料）时是明显的。我们的计算还表明，这两种材料的功率因数的值可能远远超过PbTe和PbSe。结果，这些材料可展现出超过铅硫属化物的$n$型性能。
2013-10-21 cond-mat.mtrl-sci
New two-dimensional phase of tin chalcogenides: candidates for high-performance thermoelectric materials
锡硫属化合物SnX（X = Te，Se和S）由于其热电物理性质而引起人们的研究兴趣。二维（2D）的对应物，预计将提高性能，然而，还没有得到充分的探讨，因为许多可能的结构。采用基于进化算法的全局搜索方法，结合密度泛函计算，生成了二维Sn $_{1-x}$ X $_{x}$（X = Te，Se，S）体系的变量组成.用通用结构预测演化X射线衍射（USPEX）方法发现了一个新的六方相，命名为$β'$ -SnX，并通过声子色散计算和弹性准则进一步验证了该相的结构稳定性。$β'$ -SnTe是SnTe的所有可能的2D相（包括那些实验上可用的相）中最稳定的。此外，还发现SnSe和SnS的$β'$相在能量上接近最稳定的相。在$β'$相中已经实现了高的热电子（TE）性能，对于SnTe，其具有高达$\sim$ 0.96至3.81的无量纲优值（ZT），在300 K至900 K的温度范围内，对于SnSe，$\sim$为0.93至2.51，对于SnS，$\sim$为1.19至3.18，实际可达到的载流子浓度为5 $\times$ 10 $^{12}$ cm $^{-2}$。高TE性能是由于高功率因数，这归因于2D材料的量子限制和费米能级附近的带收敛，以及低热导率，主要是由于弱的Sn间键合强度和强的晶格非谐性导致的低弹性常数。
2019-01-02 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
Manifestation of the thermoelectric properties in Ge-based halide perovskites
尽管硫族化合物作为传统的热电材料已经得到了广泛的研究，但寻找一种具有高电导率和低热导率的合适材料仍然是一个挑战。在这项工作中，我们介绍了一类新的热电材料，锗基无机卤化物钙钛矿\ce{CsGeX3}（X = I，Br，Cl），这已经被认为是一个有前途的候选人的光伏应用。通过晶格动力学计算和Boltzmann输运方程的求解，我们发现这些钙钛矿具有低于0.18 W m $^{-1}$ K $^{-1}$的超低热导率，而具有高于860 cm $^2$ V $^{-1}$ s $^{-1}$的非常高的载流子迁移率，这远远优于传统的硫属化合物的热电性。这些结果为寻找高性能、低成本的无机卤化物钙钛矿基热电材料指明了方向。
2020-05-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Thermal physics of the lead chalcogenides PbS, PbSe, and PbTe from first principles
铅硫族化物代表了一个重要的功能材料家族，特别是由于PbTe的基准高温热电性能。最近的一些研究，实验和理论，旨在收集洞察其独特的晶格动力学和电子结构。然而，大多数的第一性原理建模已在固定的温度下进行，并一直没有全面和系统的计算研究温度对材料性能的影响。我们报告了对PbS、PbSe和PbTe性质的温度依赖性的比较晶格动力学研究，特别关注与热电性能相关的那些，即声子频率、晶格热导率和电子能带结构。计算是在准谐波近似下进行的，包括声子-声子相互作用的多体微扰理论，用于计算声子寿命和预测的晶格热导率。结果与实验数据和其他计算进行了严格的比较，并为正在进行的PbX化合物在高温下与Pb的偏心有关的研究增加了新的见解，这与声子软化有关。与实验的一致性表明，这种方法可以作为一个简单的，强大的和普遍适用的手段，从第一性原理研究材料性质的温度依赖性。
2014-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Ultralow lattice thermal transport and considerable wave-like phonon tunneling in chalcogenide perovskite BaZrS$_3$
本研究探究硫族化物钙钛矿BaZrS₃的热输运特性，揭示其300K下超低晶格热导率的成因，证实类波声子隧穿的相干贡献，且通过Se替换与Ti合金化将其500K下ZT值从0.58提升至0.91，为热电材料开发提供新候选。
2023-10-20 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Pressure-dependent semiconductor-metal transition and elastic, electronic, optical, and thermophysical properties of SnS binary chalcogenide
采用密度泛函理论研究了SnS二元化合物的压力相关物理性质。计算的弹性常数表明，SnS是机械稳定和脆性的环境条件下。随着压力的增加，化合物变得有延展性。泊松比也表明随着压力的增加脆-韧性转变。SnS的硬度随着压力的增加而显著增加。该化合物具有弹性各向异性。基态电子能带结构是半导体的，具有小的带隙，在压力下变成金属。随着压力的增加，能带变得越来越分散，而电子关联随着压力的增加而减小。SnS的德拜温度和声子热导率都随压力的增加而急剧增加。该化合物的熔融温度低。混合键合特性与离子和共价键的贡献。SnS是一种良好的紫外线吸收剂。材料的反射率随着压力的增加而增加。反射率在很宽的光谱范围内是非选择性的。低能量折射率高。所有这些光学特性对于未来的光电子器件应用是有用的。光学各向异性低。
2022-10-28 cond-mat.mtrl-sci
DFT insights into the new Hf-based chalcogenide MAX phase Hf2SeC
采用密度泛函方法研究了新型硫属MAX相Hf_2SeC的物理特性。得到的晶格常数和弹性常数（Cij）与以前的结果进行比较，以检查我们在计算过程中设置参数的一致性。此外，弹性性能，如弹性常数，模量，各向异性，和硬度也与预先存在的MAX相的同类比较。根据前述稳定性标准，根据Cij进行机械稳定性检查。使用态密度（DOS）解释了Hf2SeC与Hf2SC相比具有更高硬度的原因。利用Pugh比、泊松比和Cauchy压力揭示了Hf_2SeC的脆性特征。通过对Hf_2SeC的电子性质（能带结构和电荷密度分布）的研究，揭示了Hf_2SeC的金属性和成键性。电子电导率和力学性能的各向异性进行了研究。探讨了体积、Grüneisen参数、德拜温度、热膨胀系数（TEC）和定容比热（Cv）与温度和压力的关系。此外，最小导热系数（Kmin）和熔点（Tm）进行了研究，以探讨其适用于高温应用。
2022-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric performance of classical topological insulator nanowires
目前有大量的努力投入到创建基于拓扑绝缘体硫属化物型材料的高效热电纳米线。这些努力的一个关键前提是假设这些材料以块状形式表现出的通常良好的热电性能将转化为纳米线形式的相同材料的类似良好或甚至更好的热电性能。在这里，我们计算的拓扑绝缘体纳米线的热电性能的基础上Bi2Te3，Sb2Te3和Bi2Se3作为直径和费米能级的函数。我们发现，拓扑绝缘体纳米线的热电性能并不直接来源于大块材料的性质。对于所有的调查系统的表面状态和体通道之间的竞争会导致显着修改的热电输运系数，如果直径减小到10 μ m的范围内。关键的方面是，表面和体状态优化在不同的费米能级或具有不同的极性，以及高的表面体积比的纳米线。这限制了拓扑绝缘体纳米线的最大热电性能，从而限制了它们在高效热电器件中的应用。
2015-04-20 cond-mat.mtrl-sci
A recommendation engine for suggesting unexpected thermoelectric chemistries
对新热电材料的实验研究仍然主要局限于有限的一组成功的化学和结构家族，如硫属化物，方钴矿和Zintl相。原则上，计算工具，如密度泛函理论（DFT）提供了合理地指导实验合成工作的可能性，对非常不同的化学。然而，在实践中，从第一原理预测热电性能仍然是一项具有挑战性的工作，实验研究人员通常不会直接使用计算来驱动自己的合成工作。为了弥合实验需求和计算工具之间的实际差距，我们报告了一个开放的基于机器学习的推荐引擎（thermoelectrics.citrination.com），为材料研究人员提供有前途的新热电组合物，并评估用户设计的化合物的可行性。我们表明，该引擎可以识别有趣的化学非常不同的已知热电。具体来说，我们描述了一个示例性的一组化合物的实验表征，从我们的发动机，RE12Co5Bi（RE = Gd，Er），表现出令人惊讶的热电性能，由于其前所未有的高负载与金属d和f块元素，并保证进一步调查作为一个新的热电材料平台。
2016-01-05 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
Accelerated Discovery of a Large Family of Quaternary Chalcogenides with very Low Lattice Thermal Conductivity
开发高效的热能管理设备，如热电、阻隔涂层和热数据存储盘，通常依赖于具有非常低的晶格热导率（$κ_l$）的化合物。在这里，我们提出了一个大家庭的628个热稳定的四元硫族化合物，AMM 'Q $_3$（A =碱金属/碱土金属/后过渡金属; M/M' =过渡金属，镧系元素; Q =硫族元素）使用高通量的密度泛函理论（DFT）计算预测。我们验证了存在低$κ_l$在这个家庭的材料通过计算$κ_l$的几个预测的稳定的化合物使用Peierls-Boltzmann输运方程的第一原理DFT框架内。我们的分析表明，低$κ_l$在AMM 'Q $_3$化合物来源于一个强的晶格非谐性，增强声子散射或rattlers阳离子，导致在其晶体结构中的多个散射通道的存在。我们的预测表明，在这些稳定的，低$κ_l$化合物的合成和表征新的实验研究的机会。
2020-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Scale-invariant Machine-learning Model Accelerates the Discovery of Quaternary Chalcogenides with Ultralow Lattice Thermal Conductivity
固有低晶格热导率（$κ_l$）是许多结晶固体如热障涂层和热电器件中的期望要求。在这里，我们设计了一种基于晶体图卷积神经网络的高级机器学习（ML）模型，该模型对体积不敏感（即，标度）来发现新的四元硫属元素化物，AMM ′ Q $_3$（A/M/M ′ =碱金属、碱土金属、后过渡金属、镧系元素，Q=硫属元素）。在使用ML模型迭代地筛选$\sim$ 100万个化合物的热力学稳定性并对一小部分化合物进行密度泛函理论（DFT）计算后，我们发现了99个在DFT中被验证为稳定的化合物。以几种DFT稳定的化合物为例，利用声子玻尔兹曼输运方程计算了它们的$κ_l$，由于它们的软弹性和强声子非谐性，揭示了超低$κ_l$（室温下$<$ 2 Wm $^{-1}$ K $^{-1}$）。我们的工作证明了尺度不变ML模型在预测新化合物方面的高效性，并为这些新化合物提供了实验研究机会。
2021-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Accelerated Screening of Ternary Chalcogenides for High-Performance Optoelectronic Materials
本研究针对未被探索的三元硫族化合物，结合高通量筛选与第一性原理计算构建超40万种化合物的数据库，训练晶体图卷积神经网络预测稳定性，评估稳定材料的光电特性，为后续实验提供指导。
2023-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Combining Machine Learning Models with First-Principles High-Throughput Calculation to Accelerate the Search of Promising Thermoelectric Materials
本文通过第一性原理高通量计算构建含796种硫族化合物的热电数据库，并训练集成学习与深度学习模型筛选有前景的n型和p型热电材料，分类准确率均超85%，AUC超0.9，展示了机器学习加速热电材料发现的高效路径。
2024-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Multi-Principal-Element Approach to High-Performance Thermoelectric Materials
高熵合金的特征在于高构型熵。自2004年发现高熵合金（HEA）以来，熵工程为利用成分、晶格无序、能带结构和微结构效应来提高热电性能提供了一个很有前途的方向。本文讨论了熵对热电性能的影响，并回顾了多主元素合金，HEA的较弱版本，在成分复杂的热电合金的发展中实现高热电性能的作用。在广泛的材料系统，如TAGS，LAST，半Heusler，液体状铜硫属化物，SnTe和CuInTe2黄铜矿的实验和理论的努力提供了深入的熵工程方法，也承诺一个新兴的高熵热电范例。
2019-11-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Elucidating the Role of Stacking Faults in TlGaSe$_{2}$ on its Thermoelectric Properties
本研究结合显微表征与第一性原理计算，揭示了TlGaSe$_{2}$中[001]方向层错能提升热电功率因子，是其优异热电性能的关键，且通过空穴掺杂至约10$^{19}$ cm$^{-3}$可进一步增强。
2024-05-31 cond-mat.mtrl-sci
Structural, elastic, electronic, magnetic and thermoelectric properties of new quaternary Heusler compounds CoZrMnX (X=Al, Ga, Ge, In)
我们利用第一性原理计算研究了新型四元Heusler化合物CoZrMnX（X =Al，Ga，Ge，In）的结构、弹性、电子、磁性和输运性质.结果表明，所有的四元Heusler化合物均为稳定的（I）型结构。CoZrMnX是弹性稳定且相对硬的材料。发现CoZrMnAl、CoZrMnGa和CoZrMnIn在性质上是可延展的，而CoZrMnGe是脆性的。所有化合物的德拜温度都比较高。电子结构计算表明，CoZrMnAl是近半金属半导体，CoZrMnGa和CoZrMnIn是金属半导体，CoZrMnGe是窄的间接带隙半导体.计算的磁性意味着CoZrMnAl，CoZrMnGa和CoZrMnIn是铁磁性的，而CoZrMnGe是非磁性材料。CoZrMnAl是高度自旋极化的（96%），而CoZrMnGe是非自旋极化的。由于CoZrMnGe的半导体性质，其Seebeck系数（S）较高（650 K时为-106 μV/K）。计算得到CoZrMnGe在600 K时的热电优值为0.1，CoZrMnIn在900 K时的热电优值也为0.1。我们希望这些有趣的结果能启发实验工作者合成新的四元Heusler化合物CoZrMnX（X =Al，Ga，Ge，In）。
2018-01-11 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
Prediction of large barocaloric effects in thermoelectric superionic materials
利用经典分子动力学模拟和第一性原理计算方法，预测了热电快离子导体Cu $_{2}$ Se在室温以上存在大的压热效应.在温度区间$400 \le T \le 700$ K内，静水压力$1$ GPa引起$|ΔS| \sim 15$ -$45$ Jkg $^{-1}$ K $^{-1}$的大的等温熵变和$|ΔT| \sim 10$ K的绝热温移.在分析的热力学范围内没有结构相变。这种大的压热效应的原因是Cu $_{2}$ Se的离子电导率的显著的$P$诱导的变化和材料固有的高非谐性。相同大小的单轴应力，无论是压缩还是拉伸，产生相对小得多的热效应，即$|ΔS| \sim 1$ Jkg $^{-1}$ K $^{-1}$和$|ΔT| \sim 0.1$ K，这是由于对Cu $_{2}$ Se的离子扩散率几乎没有影响。我们的模拟工作表明，热电化合物呈现高离子无序，如铜和银基硫族化合物，可以呈现大的机械热效应，因此是有前途的材料，用于工程固态冷却应用，不需要施加电场。
2019-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric properties of topological insulator $\mathrm{BaSn_2}$
最近，第一性原理计算预测$\mathrm{BaSn_2}$是一种强拓扑绝缘体。众所周知，拓扑绝缘体与热电材料，如$\mathrm{Bi_2Te_3}$族有着密切的联系。本文采用第一性原理结合玻尔兹曼输运理论研究了$\mathrm{BaSn_2}$的热电性质。电子部分通过修改的Becke和Johnson（mBJ）交换势进行，包括自旋轨道耦合（SOC），而声子部分使用广义梯度近似（GGA）进行。结果表明，电子输运系数在面内和跨面方向上表现出较强的各向异性，而晶格热导率几乎表现出各向同性。计算结果表明，$\mathrm{BaSn_2}$具有很低的晶格热导率，室温下平均晶格热导率为1.69 $\mathrm{W m^{-1} K^{-1}}$，与传统的铅硫族化合物和铋碲系热电材料相当或更低。由于散射机制的复杂性，散射时间$τ$的计算具有挑战性。通过使用经验$τ$ = $10^{-14}$ s，在宽温度范围内n型品质因数$ZT$大于0.40。在实验上，有可能获得更好的热电性能，或通过应变或调整尺寸参数来增强热电性能。这一工作表明$\mathrm{BaSn_2}$可能是一种潜在的热电材料，这可以激发进一步的理论和实验工作。
2016-08-20 cond-mat.mtrl-sci
Ultralow Thermal Conductivity and Thermoelectric Properties of Bi4GeTe7 with an Intrinsic van der Waal Heterostructure
三元硫族化合物具有大的晶体晶胞和范德华堆积层，被认为是不良的热导体和良好的热电（TE）材料。我们报道了具有Bi 2 Te 3和Bi 2GeTe 4的交替五重态-七重态层的层状Bi 4GeTe 7具有超低热导率，\k{appa}总计0.42 Wm-1 K-1，这是因为根据大Gruneisen参数（γ 4.07）和低德拜温度（θd 135 K）估计的高度非谐性。在380 K时，Seebeck系数为S ~ 82 uV/K，在300 K时，Hall载流子浓度为ne ~ 9.8 × 1019 cm ~（-3）。由于重Bi和Te的自旋轨道耦合（SOC），观察到弱反定域（WAL），表明Bi_4GeTe_7也是一种拓扑量子材料。横截面透射电子显微镜图像显示了异质层的固有堆叠，这导致了差的声子传播的大的非谐性。因此，作为在380 K下具有TE品质因数ZT ~ 0.24的不良热导体，Bi 4GeTe 7是用于TE应用的良好材料。
2021-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric Cooperative Effect in Three-Terminal Elastic Transport through a Quantum Dot
研究了三端热电纳米器件在考虑单个量子点弹性隧穿作用下的能量效率和功率。通过三端几何结构的促进，纳米器件能够通过仅利用一个温度偏置同时产生两个电功率。这两种电功率可以相长或相消地相加，这取决于它们的符号。它表明，建设性的增加导致提高能源效率和输出功率的各种系统参数。事实上，这种增强，被称为热电合作效应，可以导致最大的效率和功率不低于当只有一个电力被收获。
2017-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Physical properties of thermoelectric zinc antimonide using first-principles calculations
本文报道了半导体斜方晶系ZnSb化合物的结构、电子、弹性和振动性质的第一性原理计算。我们还研究了本征点缺陷，以最终改善这种已经非常有前途的热电材料的热电性能。关于电子性质，除了能带结构，我们表明，Zn（Sb）晶体等效原子是不完全等效的电子的观点。晶格动力学，弹性和热力学性质被发现是在良好的协议与实验，他们证实了非等价的锌和锑原子的振动的观点。计算的弹性性质显示出相对较弱的各向异性和最难的方向是y方向。我们观察到的低能量模式的存在下，涉及Zn和Sb原子在约5-6毫电子伏，类似于已经发现在Zn 4Sb 3，我们认为，这些模式与声学声子的相互作用可以解释相对较低的热导率的ZnSb。锌空位是最稳定的缺陷，这解释了ZnSb的本征p型导电性。
2012-07-06 cond-mat.mtrl-sci
All-optical detection of periodic structure of chalcogenide superlattice using coherent folded acoustic phonons
硫系超晶格（SL）由GeTe和Sb $_{2}$ Te $_{3}$层的交替堆叠组成。该结构可以根据组成层的厚度变成3D拓扑绝缘体，使得SL周期的设计成为推进硫属化物SL作为自旋器件的潜在候选以及优化当前一代相变存储器器件的中心问题。在这里，我们探索的周期性结构的硫属化物SL观察相干折叠纵向声学（FLA）声子激发飞秒激光脉冲照射。FLA模式的峰值频率被观察到的GeTe层的厚度，这是很好地再现通过一个弹性连续模型的变化时的变化。此外，一个新的SL结构的样品组成的薄GeTe和Sb $_{2}$ Te $_{3}$层，这表明混合的Ge原子。这种基于相干FLA模式观察的全光学技术提供了原子分辨率的超晶格结构的非破坏性表征。
2019-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric and lattice dynamics properties of layered MX (M = Sn, Pb; X = S, Te) compounds
铅和锡硫族化合物由于具有良好的热电性能而得到了广泛的研究。进一步提高其TE效率已被报道后，减少的尺寸，这是一个重要的特点，在现代设备的制造。利用密度泛函理论结合半经典Boltzmann输运理论，研究了二维MX（M = Sn，Pb; X = S，Te）单分子膜的结构、电子和TE性质.自旋轨道耦合对它们的电子结构有显著的影响，特别是对于重质化合物。结构优化后的声子输运研究表明，矩形（γ-）相是能量上最有利的SnS和SnTe单层，而方形结构被发现是最稳定的PbS和PbTe单层。我们的研究结果与以前的研究结果是一致的。这些2D材料表现出高塞贝克系数和功率因数以及低晶格热导率，这是良好TE材料的基本特征。在700 K时，n型SnS、SnTe、PBS和p型PbTe单层膜的最大优值（ZT）分别为1.04、1.46、1.51和1.94，高于它们的体ZT值。因此，这些单层是TE应用的有希望的候选者。
2020-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Spin-lattice relaxation in bismuth chalcogenides
铋硫属化物Bi $_2$ Se $_3$和Bi $_2$ Te $_3$是半导体，其可以是热电材料（TE）和拓扑绝缘体（TI）。由这些材料中的空位、杂质或掺杂剂引起的晶格缺陷是重要的，因为它们在TE应用中提供了载流子并损害了这些材料作为TI的性能。我们提出了第一个固态核磁共振（NMR）研究的$^{77}$硒和$^{125}$碲核磁共振共振在多晶粉末的铋$_2$硒$_3$和铋$_2$碲$_3$，分别。自旋-晶格（$T_1$）弛豫由至多两个指数来建模。在这个模型的框架内，NMR测量是敏感的，这些材料内的原生缺陷的分布。一种成分对应于化学计量分数，绝缘体具有非常长的$T_1$，而另一种成分归因于具有高缺陷含量的样品分数，其具有由与传导载流子的相互作用产生的短$T_1$。碲化铋中不存在非常长的$T_1$表明整个样品中存在缺陷。对于硒化铋，缺陷区域分离成域。我们还发现一个实质性的差异，在短$T_1$组件$^{125}$ Te核（76毫秒）和$^{77}$硒（0.63秒），尽管这些材料具有几乎相同的晶格结构，化学和物理性质。的NMR位移和Korringa定律的调查表明，在硫属化物网站的导带电子的耦合是更强的碲化物。结果与碲化物中$p$带电子的较强自旋轨道耦合（SOC）一致。如果给定材料的大多数参数保持相等，这种类型的实验可以提供工程TI材料中SOC的有用探针。
2015-06-21 cond-mat.mtrl-sci
Newly synthesized 3D boron-rich chalcogenides B12X (X = S, Se): Theoretical characterization of physical properties for optoelectronic and mechanical applications
近年来，富硼硫族化合物被认为具有优异的光学和机械性能。在这方面，我们报告的电子，光学和机械性能的最近合成的富硼硫族化合物，B12 X（X = S和Se）使用密度泛函理论的第一次。研究了交换和关联泛函对这些性质的影响。所获得的晶体结构与报道的实验结果的一致性已被检查的晶格参数。所考虑的材料是机械稳定的，脆性和弹性各向异性。计算了B12 S的弹性模量和硬度参数，结果表明B12 S是比B12 Se更重要的硬质材料。根据费米能级附近的态密度解释了硬度不同的原因。B12 X（X= S和Se）的断裂韧性和可加工性指数的合理良好的值的报告。B12 S和B12 Se化合物的熔点Tm表明这两种固体是稳定的，至少分别高达4208和3577 K。利用HSE 06功能基获得了B12 S和B12 Se的间接带隙（分别为2.27 eV和1.30 eV），B12 Se化合物的电子平均有效质量比B12 S化合物的电子平均有效质量小，表明B12 Se中载流子的迁移率高。利用GGA-PBE和HSE 06方法对薄膜的光学性质进行了表征和讨论。这些化合物具有体光学各向异性和优异的吸收系数在可见光区域，以及非常低的静态值的反射率光谱（范围：7.42-14.0%，使用两个泛函）被注意到。所研究的化合物的这些有用的特征显示出在光电和机械领域应用的前景。
2021-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Pursuit of thermoelectric properties in a novel Half Heusler compound: HfPtPb
我们探索了一种新的半Heusler化合物HfPtPb的结构、电子、机械和热电性质，HfPtPb是全金属重元素，最近被认为是稳定的[Nature Chem 7（2015）308]。在本工作中，我们采用密度泛函理论和半经典玻尔兹曼输运方程与常数弛豫时间近似。研究了剪切模量、杨氏模量、弹性常数、泊松比和剪切各向异性因子等力学性能。弹性和声子性质表明，该化合物是机械和动力学稳定的。Pugh和Frantsevich比反映了HfPtPb的韧性行为，剪切各向异性因子反映了HfPtPb的各向异性性质。能带结构的计算预测，该化合物是半导体性质的带隙为0.86 eV。热电输运参数，如塞贝克系数，电导率，电子热导率和晶格热导率已被计算作为温度的函数。在最佳载流子浓度下，n型掺杂的Seebeck系数最大。我们预测在1000 K时优值最大值为0.25。我们的研究表明，这种材料是n型半导体。
2017-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical study of thermoelectric properties of $\textrm{CeIr}_\textrm{4} \textrm{P}_\textrm{12}$ filled skutterudite for energy conversion
该研究首次通过密度泛函理论和玻尔兹曼模拟预测了CeIr4P12方钴矿的结构、弹性、热力学及热电性质，证实其机械、动力学和能量稳定性，并揭示其作为热电材料的潜力。
2025-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Strong acoustic phonon suppression leads to ultralow thermal conductivity and enhanced thermoelectric performance in BaCuGdTe$_3$
通过第一性原理和玻尔兹曼输运计算，发现BaCuGdTe$_3$因声学声子强抑制而具有超低热导率（0.14 W/mK），并在中温下实现热电优值超过1。
2025-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Ternary Alkali Metal Copper Chalcogenides ACuX (A= Na, K and X= S, Se, Te): Promising Candidate for Solar Harvesting Applications
通过DFT计算研究三元碱金属铜硫族化合物ACuX的结构稳定性和电子光学性质，发现其为直接带隙半导体，带隙0.83-2.88 eV，光吸收强，SLME最高18%，并可作为光催化析氢光阴极候选材料。
2023-12-26 cond-mat.mtrl-sci
Computational study of structural, elastic, electronic, phonon dispersion relation and thermodynamic properties of orthorhombic CaZrS$_3$ for optoelectronic applications
本文通过第一性原理计算研究正交相CaZrS$_3$的结构、弹性、电子、声子和热力学性质，证实其动力学稳定且具有韧性，为其光电应用提供理论依据。
2023-05-25 cond-mat.mtrl-sci
NaInX2 (X = S, Se) layered materials for energy harvesting applications: First-principles insights into optoelectronic and thermoelectric properties
本文采用第一性原理方法研究了六角对称（R-3 m）的两种硫系同构材料NaInS 2和NaInSe 2的结构、电子、光学和热电性质。一个非常好的协议已被发现我们的结果与现有的实验和理论。电子能带结构和光学性质表明，所研究的材料具有半导体性质，Na、In和Se原子的s轨道间的强烈杂化使导带底部向下移动，导致NaInSe 2的带隙比NaInS 2的带隙窄。首次详细研究了NaInX_2（X = S，Se）的不同光学性质（介电函数、光电导、吸收系数、反射率、折射率和损耗函数）和热电性质（塞贝克系数、电导率、功率因数和热导率）。结果表明，由于NaInX_2（X = S，Se）具有强烈的层状结构，所有这些性质都具有明显的各向异性。两种化合物在远可见光至中紫外（UV）区域具有强的光学吸收，具有尖锐的峰，而在UV区域反射率较低。计算得到NaInS 2和NaInSe 2在1000 K时沿a轴方向的热电功率因子分别为151.5 μ W/cmK ~ 2和154 μ W/cmK ~ 2，相应的ZT值约为0.70。两种化合物沿a轴的热导率都很高（~22 W/mK），这表明降低这种高热导率对于获得NaInX 2（X = S，Se）化合物的较高ZT值是重要的。
2020-10-05 cond-mat.mtrl-sci
A Comparison of Electronic, Dielectric, and Thermoelectric Properties of Monolayer of HfX2N4(X = Si, Ge) through First-Principles Calculations
本研究通过第一性原理计算对比了HfSi₂N₄和HfGe₂N₄两种二维材料的电子、介电与热电性质，测得其不同温度下的ZT值、带隙等参数，证实二者在热电及可见光探测器领域的应用潜力。
2024-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Inverse Design of Ultralow Lattice Thermal Conductivity Materials Via Lone Pair Cation Coordination Environment
孤对（LP）电子的存在与晶格热传输的中断密切相关，这是实现有效热电能量转换的策略的关键组成部分。通过利用晶格热导率$κ_L$和磷族元素LP阳离子配位环境键角之间的经验关系，我们开发了一种基于材料数据库筛选的逆向设计策略，以识别具有超低$κ_L$的硫族化合物热电材料。筛选$\sim$ 635，000真实的和假设的无机晶体的开放量子材料数据库的基础上的组成元素，标称电子计数，LP阳离子配位环境，和合成，我们确定了189化合物预计表现出超低$κ_L$。作为验证，我们明确计算的晶格动力学性质的两个化合物（铜$_2$ AgBiPbS $_4$和MnTl $_2$作为$_2$ S $_5$）使用第一性原理计算，并成功地发现都实现超低$κ_L$值在室温下的$\sim$ 0.3--0.4 W/（m $\cdot$ K）对应的非晶极限。我们的数据驱动方法为热电材料提供了有前途的候选材料，并为材料的声子性质的设计开辟了新的途径。
2020-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Computational investigation of a perovskite LaBiO$_{3}$ for photovoltaic, thermoelectric, and optoelectronic applications
Jimma University（吉马大学）
该研究通过DFT计算，系统研究了三角相LaBiO$_3$的结构、电子、弹性、光学及热电性质，发现其具有3.51 eV间接宽带隙和延展性，并评估了其在光伏和热电领域的应用潜力。
2026-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio Prediction of Mechanical, Electronic, Magnetic and Transport Properties of Bulk and Heterostructure of a Novel Fe-Cr based Full Heusler Chalcogenide
基于密度泛函理论，预测了新型全 Heusler 硫族化合物 Fe$_2$CrTe 体相与异质结的多种物理性质，发现其立方相具半金属性且四方相表现出更高的隧道磁电阻比。
2023-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Direct Joule-Heated Non-Equilibrium Synthesis Enables High Performing Thermoelectrics
本文提出直接焦耳加热合成（DJS）技术，实现比传统固态合成快10^5倍、能效高20000倍的块体热电材料制备，并在Cd/Se共掺杂AgSbTe2中于573 K获得zT=2.3的高性能。
2025-06-04 cond-mat.mtrl-sci
First principle study of electronic, magnetic and thermoelectric properties of Co$_2$YPb (Y = Tc, Ti, Zr and Hf) full Heusler: Application to embedded automotive systems
Abdelhamid Ibn Badis University（阿卜杜勒-哈米德·伊本巴迪斯大学）
本研究通过DFT计算揭示了Co₂YPb全Heusler合金的半金属铁磁性和优异热电性能，为嵌入式汽车系统和自旋电子器件提供了潜在材料方案。
2025-12-26 cond-mat.mtrl-sci
Ultra-low glassy thermal conductivity and controllable, promising thermoelectric properties in crystalline o-CsCu5S3
本研究结合第一性原理自洽声子计算与线性化维格纳输运方程，揭示晶态o-CsCu₅S₃超低玻璃态热导率的粒子-波动双重声子机制，并通过调控载流子浓度实现800K下18.4%的高热电转换效率，为铜基硫族热电材料设计提供新思路。
2024-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Integrative Mobility Model For Grain-Boundary-Limited Transport In Thermoelectric Compounds
本文提出一个整合加权迁移率、热电子发射和几何抑制的半经验晶界迁移率模型，在多类多晶热电材料中验证良好，并用于Al掺杂ZnO晶界工程以显著提升功率因子和电子品质因子。
2025-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Octahedral tilt-driven phase transitions in BaZrS$_3$ chalcogenide perovskite
本文利用机器学习原子间势研究BaZrS$_3$的温度-压力相变，揭示正交→四方→立方的相变序列及温度，并预测了X射线衍射图谱。
2025-02-07 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Universal scaling of the electronic and the elastic energies of small polarons revealed by high-throughput first-principles calculations
自陷空穴（STH）的形成在闪烁体材料，包括卤化物和硫属化物的全面列表中，使用准确和计算效率高的第一性原理方法，极化子自相互作用校正（pSIC）的研究。从卤化物到氧化物，再到开壳层阳离子体系，小孔极化子的关键特征，包括它们的几何形状、能量和局域化程度，都有很大的不同。然而，我们发现一个普遍的线性关系之间的能隙分离的束缚空穴能级的价带最大值和弹性能量与晶格位移场，伴随着极化子。
2016-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Effects of metals (X = Pd, Ag, Cd ) on structural, electronic, mechanical, thermoelectric and hydrogen storage properties of LiXH$_3$ perovskites
本研究基于第一性原理模拟，采用WIEN2K代码分析LiXH₃（X=Pd、Ag、Cd）钙钛矿氢化物的多类性能，验证其结构与热力学稳定性，为这类材料的储氢应用探索提供了首个理论依据。
2024-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Large enhancement of the thermoelectric power factor in disordered materials through resonant scattering
在寻找更高效的热电材料时，科学家们对利用共振态提高功率因数的可能性寄予厚望。在这项研究中，我们从理论上研究随机分布的谐振杂质对功率因数的影响。使用切比雪夫多项式格林函数方法，我们计算了非常大的系统（1000万个原子）的电子输运性质与无序的精确处理。谐振缺陷的引入可以导致功率因数的大幅增强以及塞贝克系数的符号反转。这种增强主要取决于共振峰的位置，以及弹性杂质散射和非弹性过程之间的相互作用。发现强的电子-声子或电子-电子散射是有害的。最后，我们的结果的鲁棒性检查的情况下，各向异性轨道和二维禁闭。我们的研究结果是有希望的热电发电的前景。
2019-05-20 cond-mat.mtrl-sci
