Ultralow Thermal Conductivity in Full-Heusler Semiconductors
半导体半-和在较小程度上，全-Heusler化合物是有前途的热电材料，由于其引人注目的电子性能与大功率因数。然而，固有的高导热性导致有限的热电效率，迄今为止阻碍了它们在实际应用中的广泛使用。在这里，我们报告的一类迄今未知的稳定的半导体全赫斯勒化合物的计算发现10价电子（$X_2YZ$，$X$ =钙，锶，钡; $Y$ =金和汞; $Z$ =锡，铅，砷，锑，铋）通过高通量$ab-initio$筛选。这些新化合物由于重贵金属的强非谐振动而表现出接近理论最小值的超低晶格热导率$κ_{\text{L}}$，同时保持高功率因数，从而产生优异的声子玻璃电子晶体材料。
2016-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Band splitting induced Berry flux and intrinsic anomalous Hall conductivity in NiCoMnGa quaternary Heusler compound
Heusler化合物的反常输运性质由于其独特的能带结构和在自旋电子学中的潜在应用而成为近年来的研究热点。本文报道了多晶NiCoMnGa四元Heusler化合物的反常霍尔效应。在10 K时发现了约256 S/cm的反常霍尔电导率（AHC），其本征贡献约为121 S/cm。霍尔数据的分析揭示了AHE中存在外在和内在的贡献。我们的理论计算表明，在费米能级上由于自旋轨道相互作用（SOI）引起的能带分裂形成的一对自旋轨道耦合带在系统中产生了有限的Berry通量，提供了约100 S/cm的本征AHC，这与实验符合得很好.
2022-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Lattice Thermal Conductivity of NiTiSn Half-Heusler Thermoelectric Materials from First-Principles Calculations
采用基于第一性原理的非谐晶格动力学研究了NiTiSn晶格热导率背后的微观物理。在最佳工作温度（700 K）下，计算得到的块体材料晶格热导率（5.3 W/m.K）与实验值吻合较好，但在低于该温度时，计算值被高估。计算值可以强烈地受晶粒尺寸的影响。我们表明，T的晶格热导率是占主导地位的声学（横向和主要是纵向）模式，没有从光学模式的贡献。声子位于150 cm ~（-1）以下，主要与锡原子有关。计算出的最热携带声子的平均自由程约为50纳米，最大寿命约为100纳米。100 ps。这些理论结果是一个步骤，在发展低导热系数NiTiSn Heusler基材料的实验设计。
2016-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Lattice thermal conductivity of half-Heuslers with density functional theory and machine learning: Enhancing predictivity by active sampling with principal component analysis
低晶格热导率对于材料的高热电性能是必不可少的。晶格热导率通常使用密度泛函理论（DFT）计算，通常计算成本高。训练机器学习模型来预测晶格热导率可以提供识别低晶格热导率化合物的有效程序。然而，在这样做的时候，我们必须面对这样一个事实，即这些化合物可能非常罕见，并且与典型训练集中的化合物不同。这种区别可能是有问题的，因为标准的机器学习方法在预测具有与训练集中的特征显著不同的特征的化合物的性质时是不准确的。通过计算122个半Heusler化合物的晶格热导率，使用温度相关的有效势方法，我们生成了一个数据集来探索这个问题。我们首先展示了随机森林回归如何无法识别随机选择训练数据的低晶格热导率化合物。接下来，我们展示了如何使用特征和主成分分析来主动选择训练数据，以提高模型性能和识别低晶格热导率化合物的能力。最后，我们发现不使用基于DFT的特征的主动学习可以作为一种更快的选择样本的方法。
2021-09-29 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of disordered half-Heusler alloys \textit{X}Fe$_{0.5}$Ni$_{0.5}$Sn (\textit{X} = Nb, Ta) as thermoelectric prospects
半Heusler合金的高晶格热导率一直是热电应用的主要瓶颈。无序的半赫斯勒合金可能是解决这一困境的一个合理选择。在本文中，利用第一性原理模拟，我们已经证明了低晶格热导率在两个这样的阶段，NbFe $_{0.5}$ Ni $_{0.5}$ Sn和TaFe $_{0.5}$ Ni $_{0.5}$ Sn相比，众所周知的半赫斯勒合金TiCoSb。我们跟踪低热导率的短声子寿命，起源于声学和低位光学声子之间的相互作用。我们建议纳米结构作为进一步降低晶格热导率的有效途径。我们进一步预测这些合金可以在400-600~K的温度范围内和载流子浓度小于10 $^{21}$载流子cm $^{-3}$的情况下得到最佳的应用。与TiCoSb相比，我们发现NbFe $_{0.5}$ Ni $_{0.5}$ Sn和TaFe $_{0.5}$ Ni $_{0.5}$ Sn的$ZT$中$\sim$分别增强35%和17%。我们对这些发现持乐观态度，并相信这些材料将吸引实验研究。
2023-06-25 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
Enhanced thermoelectric performance in TiNiSn-based half-Heuslers
在电弧熔炼的TiNiSn基铸锭中获得了热电优值ZT > 0.5。这种有前途的转换效率是由于低的晶格热导率，这是由于过量的镍在半赫斯勒结构。
2013-01-03 cond-mat.mtrl-sci
Finding unprecedentedly low-thermal-conductivity half-Heusler semiconductors via high-throughput materials modeling
晶格热导率（κω）是化合物许多潜在应用的关键性质。由于高成本和耗时的合成程序，具有非常低或高κω的材料的发现仍然是实验挑战。高通量计算预筛选是一种有价值的方法，显着减少候选化合物的集合。在这篇文章中，我们介绍了可靠地估计大量化合物的体κω的有效方法。这些算法基于机器学习算法、物理见解和自动从头计算的组合。我们在AFLOWLIB.org数据库中扫描了大约79，000个半Heusler条目。在确定的450个机械稳定的有序半导体中，我们发现κω跨越两个数量级以上-比以前认为的范围大得多。对于在等价位置的元素具有大原子半径的化合物，κω最低。然后，我们对材料稳定性进行了彻底的筛选，从而将列表减少到77个系统。然后，我们可以为这个选定的系统范围提供κω的定量估计。提出了三种κω < 5 W /（mK）的半导体材料，供进一步的实验研究。
2014-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Optical phonon modes assisted thermal conductivity in p-type ZrIrSb Half-Heusler alloy: A combined experimental and computational study
具有18价电子数的半赫斯勒（HH）合金在与热电相关的研究领域引起了极大的兴趣。了解这些具有半导体基态的系统所表现出的新颖的输运性质是该领域的一个重要焦点。大多数HH合金显示的大热导率在改善品质因数（ZT）方面具有主要障碍。此外，了解重组分HH合金的热传导机制是一个有趣的方面。本文通过实验研究、声子色散和电子能带结构计算，研究了ZrIrSb的高温热电性能。发现ZrIrSb在室温附近表现出明显较低的电阻率和Seebeck系数，这是由于Ir/Sb和空位之间存在反位无序。有趣的是，在ZrIrSb中，晶格热导率由声学和低频光学声子模式之间的耦合决定，该耦合源于较重的Ir/Sb原子。由于带边界附近的光学声子激发，这种耦合导致Umklapp过程的增强，导致\k{appa} L的较低幅度。我们的研究指出，在一个简单的单胞内同时存在两个重质量元素可以大大降低晶格自由度。
2021-07-31 cond-mat.mtrl-sci
The role of grain boundary scattering in reducing the thermal conductivity of polycrystalline XNiSn (X = Hf, Zr, Ti) half-Heusler alloys
半赫斯勒化合物的热电应用受到其相当高的热导率的影响。因此，深入了解各种散射机制如何有效地降低所制造的XNiSn化合物（X = Hf、Zr、Ti及其混合物）的热导率是至关重要的。在这里，我们表明，这样的洞察力可以通过协调一致的理论实验比较晶格热导率kLat（T）如何取决于温度和微晶尺寸。比较理论和实验的范围内的Hf0.5Zr0.5NiSn和ZrNiSn样品在文献中报道，并在本文件中显示，晶界散射起着最重要的作用，在降低kLat，特别是这样的未混合的化合物。我们一致的分析方法证实了测量和计算的kLat的多晶样品，其中实验的平均晶粒尺寸被用作输入参数的计算之间的良好的定性协议。计算是基于玻尔兹曼输运方程和从头算密度泛函理论。我们的分析解释了名义上相同的XNiSn样品的报告kLat的显着变化，预计将提供有价值的见解，即使是其他材料的主要散射机制。
2017-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Resonant impurity states in chemically disordered half-Heusler Dirac semimetals
我们解决的电子输运的特点，在散装半Heusler合金与他们的组合物之间的边界线调整拓扑非平凡的半金属和平凡的半导体相。基于相干势近似（CPA）的精确第一性原理计算表明，所研究的体系都具有一组无色散的类杂质共振能级，其中一个能级正好位于Dirac点处.通过Kubo形式主义，我们发现，这些合金的剩余电导率强烈抑制杂质散射，而自旋霍尔电导率表现出一个大的值，这是相当的Pt，从而导致发散的自旋霍尔角。
2015-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric properties of half-Heusler $\mathrm{ZrNiPb}$ by using first principles calculations
采用广义梯度近似（GGA）和GGA+自旋轨道耦合（GGA+SOC）方法研究了最近合成的半Heusler $\mathrm{ZrNiPb}$的电子结构和热电性质。计算结果表明，$\mathrm{ZrNiPb}$是一种间接带隙半导体。在常数散射时间近似下，半经典输运系数通过求解玻尔兹曼输运方程来实现。结果表明，SOC对功率因数的影响在p型掺杂中比在n型掺杂中更为明显，从而导致p型掺杂的不利影响。这可以通过考虑SOC对费米能级附近的价带和导带的影响来解释。计算了晶格热导率随温度的变化关系，室温下相应的晶格热导率为14.5 $\mathrm{W m^{-1} K^{-1}}$。通过比较实验输运系数与计算值，得到了散射时间为0.333 $\times$ $10^{-14}$ s。最后，通过选择合适的掺杂量，可以得到热电优值$ZT$，高温下$ZT$值可以达到0.30。半Heusler $\mathrm{ZrNiPb}$有可能通过点缺陷和晶界来降低晶格热导率，从而成为高效热电材料的潜在候选材料。
2016-03-27 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
Effect of secondary LuNiSn phase on thermoelectric properties of half-Heusler alloy LuNiSb
本文报道了三元化合物LuNiSb（立方晶系）和LuNiSn（正交晶系）以及复合材料（LuNiSb）$_{0.5}$（LuNiSn）$_{0.5}$的高温（350 K <T< 1000 K）热电性能。LuNiSn的导电性是金属性的，而LuNiSb的导电性是类金属性的。前者的Seebeck系数在700 K时达到-5.5 $μ$ V/K，后者在607 K时达到66 $μ$ V/K。复合样品（LuNiSb）$_{0.5}$（LuNiSn）$_{0.5}$由正交晶系基体和立方夹杂物构成，结合了LuNiSn的导电性和LuNiSb的热电性能。尽管如此，这种材料的热电性能没有增强。
2019-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Hole-doped cobalt-based Heusler phases as prospective high-performance high-temperature thermoelectrics
基于第一性原理电子计算的材料设计已被证明是一种富有成效的策略，以确定具有良好品质因数的新热电材料。最近的电子结构计算预测，在钴基半Heusler系统的功率因数高于CoTiSb可以实现p型掺杂的CoVSn，CoNbSn，CoTaSn，CoMoIn，和CoWIn。在这里，使用第一性原理方法和半经典玻尔兹曼输运理论，我们调查这些材料的电和热输运性质。在室温下的所有系统的计算的热导率低于CoTiSb的热导率，与CoMoIn和CoWIn具有几乎3倍低于CoTiSb的热导率。我们还提供了保守的估计，这些系统的品质因数，所有原来是高于CoTiSb和CoWIn有一个最大值。
2017-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Cocktail effect and robust Berry curvature driven anomalous Hall conductivity in the entropy-stabilized Heusler alloy Co$_2$(Ti$_{0.25}$V$_{0.25}$Cr$_{0.25}$Fe$_{0.25}$)Al
Thapar Institute of Engineering and Technology（塔帕尔工程与技术学院）；Bennett University（贝内特大学）；Jaypee Institute of Information Technology (JIIT)（贾伊皮信息技术学院）
本研究合成了熵稳定Heusler合金Co$_2$(Ti$_{0.25}$V$_{0.25}$Cr$_{0.25}$Fe$_{0.25}$)Al，通过实验和DFT计算证明其反常霍尔电导主要源于贝里曲率，且尽管存在化学无序，该电导仍与母体化合物相当，体现了鸡尾酒效应。
2026-06-05 cond-mat.mtrl-sci
LaPtSb: a half-Heusler compound with high thermoelectric performance
采用第一性原理计算结合半经典Boltzmann理论和形变势理论研究了半Heusler化合物LaPtSb的电子和输运性质.与许多典型的半Heusler化合物相比，LaPtSb在室温下具有明显的大功率因数，特别是对于n型系统。与非常低的晶格热导率一起，LaPtSb的热电优值（ZT）可以通过微调载流子浓度优化到创纪录的2.2。
2016-06-07 cond-mat.mtrl-sci
A simple model for vacancy order and disorder in defective half-Heusler systems
具有大量本征空位的半Heusler系统X（1-x）YZ，如Nb（1-x）CoSb，Ti（1-x）NiSb和V（1-x）CoSb，是一类很有前途的热电材料。即使在高空位浓度下，它们也保持平均的半Heusler晶体结构。这些系统显示出高电导率但低热导率，这是由有序的YZ晶格引起的，YZ晶格传导电子，而X子晶格上的大量空位有效地散射声子。使用电子散射，它最近观察到，除了从平均立方半Heusler结构的布拉格衍射，这些样品中的一些显示宽漫散射指示短程空位顺序，而其他样品显示尖锐的附加峰，指示长程空位顺序。在这里，我们表明，无论是短期和长期的有序可以解释使用相同的简单模型，它假设空缺的X-子晶格相互避免。长程空位有序的样品与模型预测的基态相一致，而短程有序的样品是系统的淬灭高温态。以前的研究表明，样品化学计量的变化影响是否获得短或长距离的空位结构，但本模型表明，样品的热处理应允许控制的程度的空位秩序，从而热导率，而不改变组合物。这是重要的，因为组成也决定了电载体的量。电载流子浓度和空位有序度的独立控制应允许这些系统的热电性能的进一步改善。
2020-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Berry-curvatures and anomalous Hall effect in Heusler compounds
Berry曲率计算一组Heusler化合物使用密度泛函（DF）计算和波函数，DF提供。反常霍尔电导率是由Berry曲率得到的。并与Co $_2$ CrAl和Co $_2$ MnAl的实验值进行了比较。看不到明显的趋势，但价值范围相当大。通过能带结构和费米面拓扑，可以定性地理解反常霍尔电导率及其大的变化。
2011-10-13 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
\textit{Ab initio} study of Bi-based half Heusler alloys as potential thermoelectric prospects
本文采用第一性原理方法研究了六种重元素铋基18-VEC半Heusler合金CoTiBi、CoZrBi、CoHfBi、FeVBi、FeNbBi和FeTaBi，以寻找更好的热电前景。动机是由预期的较低的热导率和最近发现的CoZrBi基材料驱动的。值得注意的是，我们计算出的所有系统的功率因数值显示出的$\sim$ 40\%的增量相比，报告的\textit{p}型CoTiSb。我们建议，在Bi位掺杂，考虑到电子功能，将有助于实现建议的功率因数值。有趣的是，与报道的CoTiSb相比，CoTiBi和CoZrBi的热导率被发现较低，而CoHfBi的热导率几乎平行。我们还提供了保守的估计的品质因数，超过报告的CoTiSb和可比的FeNbSb。总的来说，我们的研究结果表明，铋基三元化合物的高热电性能的潜在的新的候选人。
2019-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Long-term stability of phase-separated Half-Heusler compounds
半赫斯勒（HH）化合物显示出高达1.5的高品质因数。这些高热电效率的关键是内在的相分离，这发生在多组分半赫斯勒化合物中，并导致热导率的显着降低。对于商业应用，兼容的n型和p型材料是必不可少的，并且需要保证它们在工作条件下的热稳定性，例如对于高达873 K的汽车。首次证明了n型和p型HH材料的长期稳定性。研究了Ti_（0. 3）Zr_（0. 35）Hf_（0. 35）Ni_（Sn）体系的HH材料在373 ~ 873 K循环500次（1700 h）后的性能。这两种化合物都表现出最大的塞贝克系数S约210 μ V/K和两个HH相的内在相分离。树枝状微结构是耐温的，并保持低的导热系数值（kappa小于4 W/Km）。我们的研究结果强调，相分离的HH化合物是合适的低成本材料，可以导致提高热电效率超过设定的基准，用于工业应用。
2015-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Large Violation of the Wiedemann Franz Law in Heusler, Ferromagnetic, Weyl Semimetal Co$_2$MnAl
本文报道Heusler铁磁Weyl半金属Co$_2$MnAl在300 K以下表现出剧烈的温度依赖WF定律违反，并指出其极端幅度和温度依赖性可能源于多种效应共同作用。
2023-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Effective Scattering Cross-section in Lattice Thermal Conductivity Calculation with Differential Effective Medium Method
为了进一步降低热电材料的晶格热导率，除了通过合金化的点缺陷散射之外，将纳米夹杂物嵌入块体基质材料中的技术被广泛应用。采用微分有效介质法（DEM）计算两相非均相体系。然而，在大多数有效的介质处理方法中，采用颗粒投影面积作为散射截面，低估了嵌入纳米颗粒对基体声子的界面散射。在此，修改后的截面计算，以及晶粒尺寸分散，应用于DEM，计算，然后通过比较与蒙特卡罗模拟和现有的实验数据进行验证。讨论了原位形成的Full Heusler（FH）/Half Heusler（HH）纳米/基体体系的晶格热导率降低的预测。
2013-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous Hall effect from gapped nodal line in Co2FeGe Heusler compound
以钴为主要元素的全Heusler化合物由于外尔费米子和时间反演对称性破缺而显示出反常的输运性质。本文研究了Co_2FeGe Heusler化合物的反常霍尔效应。实验表明，异常霍尔电导率（AHC）100 S/cm，在室温下与78 S/cm的本征贡献。对反常霍耳电阻率的分析表明，与散射无关的本征机制主导着反常霍耳电阻率的整体行为。第一性原理计算表明，EF附近的节线产生的Berry曲率是Co2 FeGe Heusler化合物中AHE的主要来源。理论计算的AHC与实验结果基本一致。
2021-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic tunneling junctions with the Heusler compound Co_2Cr_{0.6}Fe_{0.4}Al
Heusler合金被用作磁隧道结的电极。结是通过磁控直流溅射使用荫罩技术与AlO_{x}作为障碍和钴作为反电极。示出了在4K和300K之间的温度范围内的磁阻微分电导率的测量。的势垒特性的分析应用西蒙斯模型的偏置依赖结的电导率进行。进行VSM测量以检查样品的磁性。
2004-07-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Origin of efficient thermoelectric performance in half-Heusler FeNb$_{0.8}$Ti$_{0.2}$Sb
半赫斯勒材料FeNb $_{0.8}$ Ti $_{0.2}$ Sb由于其优异的高温热电性能而被认为是一种很有前途的热电材料。通过一系列的低温（2 - 400 K）测量的有效的热电性能的起源进行了研究。观察到低温和高温的高数据相干性。确定了最佳且几乎与温度无关的载流子浓度，这对于功率因子来说是理想的。所获得的单一类型的空穴载流子也有利于大的Seebeck系数。电子热导率与晶格热导率相当，在200 K以上电子热导率占主导地位。这些发现再次表明，电子散射在电和热输运性质中起着关键作用。因此，无量纲品质因数主要由电子性质决定。在低温下获得的这些效果与避免可能的热波动一起提供了这种材料优异热电性能的物理来源。
2018-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Accelerating Discovery of Vacancy Ordered 18-Valence Electron Half-Heusler Compounds: A Synergistic Approach of Machine Learning and Density Functional Theory
本研究结合机器学习与密度泛函理论，加速发现18价电子空位有序半-Heusler化合物，通过预测生成能并验证其半导体与热电性能，为降低热导率及提升热电优值提供新策略。
2023-09-09 cond-mat.mtrl-sci
High thermoelectric figure of merit in p-type Half-Heuslers by intrinsic phase separation
半赫斯勒材料的热电性能的改善已经通过增加声子散射并降低晶格热导率的微米级相分离来实现。利用高分辨同步辐射粉末X射线衍射和元素映射电子显微镜对p型Half-Heusler化合物Ti（1-x）Hf（x）CoSb 0.85Sn 0.15进行了详细的研究，证实了该系统的优异热电性能。本征相分离和调整的载流子浓度，通过Sn替代的组合用于实现一个记录热电优值的p型半赫斯勒化合物的ZT约1.15在710 C在Ti 0.25 Hf0.75 CoSb 0.85 Sn 0.15。相分离方法可以形成纳米结构化处理时间、能量消耗和增加热电效率的重要替代方案。
2015-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Magnetotransport properties and giant anomalous Hall angle in half-Heusler compound TbPtBi
磁性镧系半Heusler（$R$ PtBi; $R$是镧系元素）代表了Heusler家族的一个有吸引力的子群，并且已经被确定为时间反演对称性破缺拓扑Weyl半金属的理想候选者。本文详细分析了阻挫反铁磁TbPtBi的磁输运性质。该材料显示出大的非饱和磁阻（MR），具有不寻常的磁场依赖性。TbPtBi的MR相对于沿不同晶向施加的磁场是显著各向异性的，并且指示费米面的各向异性性质。手征反常引起的负纵向磁电阻证实了外尔费米子的存在。在低温下，观察到Berry相驱动的大的反常霍尔电导。计算的反常霍尔角是迄今为止报道的最大的。
2019-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Machine learning unveils the materials physical properties driving thermoelectric generators efficiency: half-Heuslers case
提出基于机器学习与遗传算法的方法，通过5个参数直接评估并优化热电发电机效率，揭示载流子密度为Half-Heusler基TEG的最关键因素。
2024-08-21 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
Ab Initio Prediction of Large Thermoelectric Effect in Distorted Heusler Alloy Ti-Fe-Sb Compound
本研究通过第一性原理计算预测畸变Heusler合金TiFe$_{1.5}$Sb具有低晶格热导率和高Seebeck系数，在300 K和500 K时ZT值分别达0.88和0.91，展现出作为热电材料的巨大潜力。
2025-05-25 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Room temperature intrinsic anomalous Hall effect in disordered half-metallic ferromagnetic quaternary Heusler alloy CoRuFeSi
National Institute of Technology Andhra Pradesh（安得拉邦国立技术学院）；Indian Institute of Technology Hyderabad（海德拉巴印度理工学院）；Institute of Low Temperature and Structure Research, Polish Academy of Sciences（波兰科学院低温结构研究所）；Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）；UGC-DAE Consortium for Scientific Research, Kolkata Centre（UGC-DAE科学研究中心加尔各答中心）
研究发现四元Heusler合金CoRuFeSi在室温下具有显著的内在异常霍尔效应，其源于Berry曲率机制，为自旋电子器件提供了新机遇。
2026-01-19 cond-mat.mtrl-sci
Entropy Stabilized ZrHfCoNiSnSb Half-Heusler Alloy for Thermoelectric Applications: A Theoretical Prediction
本研究通过计算预测了一种熵稳定的半霍伊斯勒合金ZrHfCoNiSnSb，其具有低晶格热导率和高达1.00的ZT值，为高温热电应用提供了新候选材料。
2025-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Significant ZT Enhancement in p-type Ti(Co,Fe)Sb-InSb Nanocomposites via a Synergistic High Mobility Electron Injection Energy filtering and Boundary Scattering Approach
已经证明，原位形成的InSb纳米夹杂物可以同时改善n型半赫斯勒化合物（Ti，Zr，Hf）（Co，Ni）Sb的所有三个单独的热电性质[Xie等人，材料学报。58，4795（2010）]。在本文所介绍的工作中，我们对p型半赫斯勒化合物Ti（Co，Fe）Sb采用了相同的方法。电阻率、塞贝克系数、热导率和霍尔系数测量的结果表明，组合的高迁移率电子注入、低能电子过滤和边界散射再次导致所有三个单独热电性能的同时改善：提高Seebeck系数和电导率以及降低晶格热导率。在900 K时，含有1原子% InSb纳米夹杂物的样品的ZT=0.33，比无纳米夹杂物的样品提高了450%。这代表了一种罕见的情况，即相同的纳米结构化方法成功地适用于相同类别的p型和n型热电材料，因此指出了未来更高性能的半赫斯勒材料的有前途的材料设计路线，并希望在基于这种半赫斯勒合金的TE器件中实现类似的改进。
2013-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Lattice thermal conductivity of Ti$_x$Zr$_y$Hf$_{1-x-y}$NiSn half-Heusler alloys calculated from first principles: Key role of nature of phonon modes
尽管XNiSn（X=Ti、Zr或Hf）半赫斯勒化合物具有相对高的晶格热导率$κ_{\ell}$，但它们是良好的热电材料。以前的研究表明，$κ_{\ell}$可以通过X位上的亚晶格合金化来还原。为了揭示合金成分对$κ_\ell$的影响，我们采用弛豫时间近似下的声子Boltzmann输运方程结合密度泛函理论研究了该体系，并利用虚晶近似屏蔽了整个三元Ti $_x$ Zr $_{y}$ Hf $_{1-x-y}$ NiSn相图，通过质量无序散射探讨了合金化的影响.发现Ti $_x$ Hf $_{1-x}$ NiSn组合物的晶格热导率最低;特别地，当Ti含量在20和80%之间变化时，存在以Ti $_{0.5}$ Hf $_{0.5}$ NiSn为中心的浅最小值，其中$κ_l$取3.2和4.1 W/mK之间的值。有趣的是，在这个系统中的质量无序散射的整体行为只能从声子模式的性质和质量方差的大小的组合来理解。质量无序散射在散射低能量的声学声子时是无效的。通过使用一个简单的模型的晶界散射，我们发现，纳米结构这些化合物可以有效地散射这样的声子，从而进一步降低晶格热导率，例如，Ti $_{0.5}$ Hf $_{0.5}$ NiSn与$L= 100$ nm的晶粒尺寸经历了42\%的减少$κ_{\ell}$相比，单晶。
2017-02-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Simultaneous achievement of large anomalous Nernst effect and reduced thermal conductivity in sintered polycrystalline topological Heusler ferromagnets
本研究通过火花等离子烧结法制备多晶Co$_{2}$MnGa板材，实现了大反常能斯特效应与降低的热导率，获得创纪录室温热电优值，揭示了多晶拓扑材料在横向热电应用中的潜力。
2025-06-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Understanding the role of defects in the lattice transport properties of half-Heusler compounds: a machine learning analysis
本文结合密度泛函理论与机器学习原子间势，研究TaFeSb中本征缺陷对声子谱和晶格热导率的影响，发现缺陷降低热导率并缩小带隙，使理论值与实验一致。
2024-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Recent Advances in Thermoelectric Performance of Half-Heusler Compounds
半Heusler相（空间群F43 m，C1 b）作为中高温热-电功率转换的新型热电材料，近年来受到了广泛关注。研究最多的是RNiSn型半赫斯勒化合物，其中R代表难熔金属Hf，Zr和Ti。这些化合物已经显示出高功率因数和高功率密度，以及良好的材料稳定性和可扩展性。然而，由于它们的高导热性，这些材料的无量纲品质因数（zT）长时间停滞在1附近。自2013年以来，在500至900摄氏度的温度范围内，半赫斯勒化合物的可验证ZT从1上升到接近1.5。在这篇简短的综述中，我们总结了最近的进展以及实现高ZT的方法。特别是，我们讨论了较少开发的应变释放效应和掺杂剂共振态效应的作者和他的合作者研究更详细。最后，我们指出了进一步发展的方向。关键词：半赫斯勒化合物;优值;功率密度;晶格无序;掺杂共振态
2018-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical, optoelectronic and thermoelectric properties of half-Heusler p-type semiconductor BaAgP: A DFT investigation
我们首次利用基于密度泛函理论的计算方法研究了p型半Heusler化合物BaAgP的力学、电学、光学和热电性质。通过研究玻恩稳定性判据和声子色散曲线，证实了该化合物的力学稳定性和动力学稳定性。它是柔软的、可延展的和弹性各向异性的。沿a轴的原子成键比沿c轴的强。电子结构的计算表明，所研究的化合物是一个间接带隙半导体。电荷密度分布图和Mulliken布居分析表明BaAgP中的成键是共价键和离子键的混合。光学特性证实BaAgP是光学各向异性的。该化合物在可见光至紫外光范围内的高吸收系数和低反射率使其成为太阳能电池和光电子器件应用的可能候选者。通过求解玻尔兹曼半经典输运方程计算了其热电性能。在1000 K下沿a轴的计算功率因数为35.2 micro-W/cmK ~ 2（τ =10 ~（-14）s），这是SnSe的约3.5倍，SnSe是一种有前途的层状热电材料。BaAgP的热电优值ZT为0.44，这是由于高导热性而小的。因此，降低BaAgP的热导率是提高其热电性能的关键。
2020-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Study of Physical Characteristics of the New Half-Heusler Alloy BaHgSn by DFT Analysis
本研究通过DFT计算发现半赫斯勒合金BaHgSn具有狄拉克半金属特性（带隙0.1 eV），并验证其在光电和热电设备中的应用潜力。
2024-03-13 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
Anomalous Hall effect in half-metallic Heusler compound Co$_{2}$Ti$X$ ($X$=Si, Ge)
虽然外尔费米子最近在几种反转对称性破缺的材料中被观察到，但这种系统的时间反转对称性破缺的例子很少。最近预测各种Co $_{2}$基半金属铁磁Heusler化合物在其能带结构中具有Weyl型激发。这些具有破缺时间反转对称性的磁性Heusler化合物预计将显示出大的动量空间Berry曲率，这引入了几种奇异的磁输运性质。本文系统地分析了Co $_2$ Ti $X$（$X$ =Si和Ge）中反常霍尔效应（AHE）的实验结果。本研究试图了解Berry曲率对Co $_2$ Ti $X$系列材料中AHE的作用。观察到的异常霍尔电阻率的规模平方与纵向电阻率的化合物。详细的分析表明，在反常霍尔电导，本征Karplus-Luttinger Berry相位机制占主导地位的非本征斜散射和侧跳机制。
2020-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsically high thermoelectric figure of merit of half-Heusler ZrRuTe
采用密度泛函理论（DFT）和玻尔兹曼输运理论研究了ZrRuTe基Half-Heusler化合物的电子结构和热电性质。通过对考虑电子-声子相互作用的电子弛豫时间$τ$和考虑声子-声子相互作用的晶格热导率$κ_l$的严格计算，我们发现ZrRuTe是一种本征良好的热电材料。在800 K时，它具有高功率因数$\sim 2\times 10^{-3}$ W/m-K $^{2}$和低功率因数$κ_l\sim 10$ W/m-K。$ZT \sim 0.13$在800 K时的热电优值高于类似的其他化合物。我们还研究了作为掺杂的函数的材料的性质，并且发现对于$p$掺杂的ZrRuTe，热电性质被显著增强，其中在该温度下$ZT$值提高到$\sim 0.2$。对该材料的电子、热力学和输运性质进行了深入的研究和讨论
2020-03-12 cond-mat.mtrl-sci
High-Performance Thermoelectric Properties of Half-Heusler CoHfSi: A First-Principles Study with Temperature-Dependent Relaxation Time
本研究基于第一性原理和半经典玻尔兹曼理论，证实半赫斯勒合金CoHfSi具备稳健的稳定性与超过150 μV/K的塞贝克电压，采用温度相关弛豫时间发现其在500 K以上热电优值仍显著超过2，展现出优异的热电应用潜力。
2025-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Bi-substitution on Structural Stability and Improved Thermoelectric Performance of p-type Half-Heusler TaSbRu: A First-principles Study
最近，Fang等人从第一性原理预测了TaSbRu合金在1200 K时的高ZT为1.54，而没有考虑自旋轨道相互作用、精确的电子结构、声子散射的细节和能量依赖的空穴弛豫时间。在这里，我们报告的Bi取代的p型TaSbRu的结构稳定性和热电性能的第一性原理计算考虑这些重要参数的细节。这种间接带隙半导体（由TB-mBJ+SOC得到Eg=0.8 eV）具有高度色散和简并的价带，这导致在300 K下的最大功率因数为3.8 mWm-1 K-2。由于Sb-5 p对带隙形成的贡献很小，因此Bi在Sb位置上的取代不会引起电子结构的显著变化。尽管由于带隙、电导率的轻微变化，塞贝克系数增加了Bi，因此功率因数在300 K（50%Bi）下降低到~3 mW m-1 K-2。另一方面，晶格热导率从20 W/m K有效地下降到5，因为Bi在声学声子区域中引入了显著的贡献并增强了声子散射。因此，通过Bi取代，ZT值得到改善，在1200 K下从仅0.45（纯TaSbRu）达到1.1（50%Bi）。因此，本研究提出了如何改善Sb基半Heusler化合物的TE性能，TaSbRu（含50% Bi）是一种有前途的高温应用材料。
2020-08-28 cond-mat.mtrl-sci
High Thermoelectric Performance and Defect Energetics of Multi-pocketed Full-Heusler Compounds
采用第一性原理密度泛函方法研究了全Heusler化合物Sr $_{2}$ BiAu和Sr $_{2}$ SbAu的电子-声子相互作用和热电输运性质.我们的研究结果表明，在很宽的温度范围内的非本征体热电性能是物理上可能的，并指出存在的多重简并和高度分散的载流子口袋作为实现它的关键因素。Sr $_{2}$ BiAu，它具有10个能量对准的低有效质量口袋（6个沿$Γ-X$和4个在$L$），预计提供$n$型$zT=0.4-4.9$在$T=100-700$ ~K。与先前研究的Ba $_{2}$ BiAu化合物的比较表明，在Sr $_{2}$ BiAu中的额外的$L$ -口袋显著地增加了其低温功率因数，在$T=300$ ~K附近达到最大值$12$ ~mW~m $^{-1}$ ~K $^{-2}$。然而，在高温下，Sr $_{2}$ BiAu的功率因数下降到Ba $_{2}$ BiAu的功率因数以下，因为$L$态较重并且受到声子变形的强散射，而不是受偏振光散射限制的较轻的$Γ-X$态。预测Sr $_{2}$ SbAu在$T=750$ ~K下递送较低的$n$型$zT=3.4$，这是由于$L$和$Γ-X$载体袋之间的明显未对准、通常较重的散射和略高的晶格热导率。负责低晶格热导率的软声模式也增加了Heusler化合物的振动熵和高温稳定性，这表明它们的实验合成可能是可行的。占主导地位的本征缺陷被发现是A…
2020-08-02 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
Atomic disorder and Berry phase driven anomalous Hall effect in Co2FeAl Heusler compound
Co2基Heusler化合物具有居里温度高、自旋极化强度大、磁化强度大、输运性质奇异等优点，是自旋电子学应用的理想材料。本文采用实验和理论相结合的方法研究了多晶Co_2FeAl Heusler化合物中的反常霍尔效应。高分辨率同步辐射X射线衍射数据的Rietveld分析揭示了Fe和Al原子之间的大程度（~ 50%）的反位无序。反常输运数据的分析提供了实验反常霍尔电导率（AHC）约227 S/cm在2 K的本征贡献为155 S/cm，这几乎是恒定的变化与温度。对反常霍尔电阻率的详细标度分析表明，Co_2FeAl中的AHE是由Berry相驱动的本征机制控制的。我们的理论计算表明，目前在Co_2FeAl化合物的无序增强Berry曲率诱导的本征AHC。
2022-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Realization of spin gapless semiconductors: the Heusler compound Mn2CoAl
最近的研究报道了一类有趣的半导体材料，它们可以弥合半导体和半金属铁磁体之间的差距。这些被称为自旋无隙半导体的材料在其中一个自旋通道中表现出带隙，而在另一个自旋通道中表现出零带隙，从而允许可调自旋输运。本文对无自旋能隙的Heusler化合物Mn2CoAl进行了理论和实验研究。结果表明，Mn2CoAl是一种非常特殊的铁磁半导体，其磁矩为2 μB，居里温度高达720 K。低于300 K，该化合物表现出几乎与温度无关的电导率，非常低，与温度无关的载流子浓度，和消失的塞贝克系数。磁阻随温度改变符号。在高磁场中，它在低温下为正的非饱和，而在高温下为负的饱和。反常的霍尔效应是相对较低的，这是由相反符号的kz的Berry曲率的接近反对称性解释的。
2012-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure manipulation by laser-surface remelting of a full-Heusler compound to enhance thermoelectric properties
越来越多的人认为材料的热电性能取决于其微观结构。然而，微观结构-性质的关系往往仍然难以捉摸，部分原因是由于复杂的层次结构和规模的功能，影响运输性能。在这里，我们集中在有前途的Heusler-Fe_2 VAl化合物。我们直接关联微观结构和局部性能，使用先进的扫描电子显微镜方法，包括原位四点探针技术的电子输运测量。用扫描热显微镜研究了局部热导率。最后，原子探针层析成像提供近原子尺度的成分分析。为了局部操纵微观结构，我们使用激光表面重熔。快速淬火产生具有高密度位错和小的细长晶粒的复杂微观结构。因此，我们展示了激光表面重熔可用于操纵的微观结构，以降低热导率和电阻率，从而导致在室温下的热电性能的增强。
2021-07-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thermoelectric performance of p-type half-Heusler alloys ScMSb (M = Ni, Pd, Pt) by ab initio calculations
从第一性原理研究了ScNiSb、ScPdSb和ScPtSb的结构、电子和输运性质。电子能带结构内得到的完全相对论MBJLDA方法进行了比较，从标准的GGA计算。所研究的所有化合物都具有间接窄带隙（0.24-0.63 eV）。类空穴载流子的有效质量相对较小（0.27-0.36），并且随着过渡金属组分的原子序数的增加而减小。载流子弛豫时间，所需的电导率的现实计算，近似内的变形势理论。GGA的方法得到高估的传输特性相对于那些来自MBJLDA分析。ScPtSb在高温下获得的最大功率因子为4-6 mWK（^-2 m（^-1）。该值与Fe-Nb-Sb半Heusler合金实验观察到的值相当，因此使ScPtSb成为热电应用的非常好的候选材料。
2018-04-23 cond-mat.mtrl-sci
First-principles electronic structure, phonon properties, lattice thermal conductivity and prediction of figure of merit of FeVSb half-Heusler
本文采用FP-LAPW方法和SCAN meta-GGA方法研究了一种有前途的热电半Heusler FeVSb的电子结构。使用所获得的电子结构和输运计算，我们试图解决实验Seebeck系数$S$的FeVSb样品。实验和计算的$S$之间的良好一致性表明，带隙可以是$\sim$ 0.7 eV。这得到了所获得的$\sim$ 0.7 eV的mBJ带隙的支持。在此基础上，我们研究并报道了声子色散、态密度和热力学性质。通过非解析项修正，还考虑了长程库仑相互作用对声子频率的影响。在准谐波近似下，计算了1200 K以下的热膨胀行为。在考虑声子-声子相互作用的单模弛豫时间近似下，采用第一性原理非简谐声子计算方法，得到了FeVSb的晶格热导率$κ_{ph}$.在300 K时，计算的$κ_{ph}$为$\sim$ 18.6 W $m^{-1}K^{-1}$，比实验值高。但在500 K以上，计算的$κ_{ph}$与实验符合较好.通过寻找最佳载流子浓度，对p型和n型FeVSb的优值$ZT$和效率进行了预测。在1200 K时，p型和n型FeVSb的最大$ZT$分别为$\sim$ 0.66和$\sim$ 0.44。对于p型和n型材料，在1200 K和300 K的高温和低温下，最大效率分别为$\sim$ 12.2%和$\sim$ 6.0%.还讨论了通过各种元素掺杂/空位实现n型和p型FeVSb的可能性。本文的研究为…
2020-08-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
On electrical transport and thermoelectric performance in half-Heusler phase ScNiSb
本文针对半赫斯勒相ScNiSb，在结构无序背景下分析其电输运与热电性能，讨论能带简并度、散射机制及有效质量建模，并回应了关于载流子迁移率比的不同解释，为提升半赫斯勒化合物热电性能提供理论见解。
2024-08-08 cond-mat.mtrl-sci
