High thermoelectric performance of half-Heusler compound BiBaK with intrinsically low lattice thermal conductivity
半赫斯勒化合物通常表现出相对较高的晶格热导率，这对于热电应用是不期望的。在这里，我们证明了第一性原理计算和玻尔兹曼输运理论的BiBaK系统是一个例外，它具有相当低的热导率证明了非常小的声子群速度和弛豫时间。详细的分析表明，重Bi和Ba原子形成笼状结构，轻K原子在笼状结构中以较大的原子位移参数晃动。结合其良好的电子输运性质，BiBaK在900 K时显示出最大的n型ZT值为1.9，这优于大多数半赫斯勒热电材料。
2020-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Uncovering High Thermoelectric Figure of Merit in (Hf,Zr)NiSn Half-Heusler Alloys
Half-Heusler合金（MgAgSb结构）是一种很有前途的热电材料。RNiSn半Heusler相（R=Hf，Zr，Ti）的热稳定性研究最多。在~450- 900 oC的温度范围内获得的最高无量纲优值（ZT）为~1，主要在纳米结构合金中实现。通过适当的退火处理，在没有纳米结构的ZT~1 n型（Hf，Zr）NiSn相中获得了ZT~1.2。功率因数明显增加，载流子密度降低，载流子迁移率增加。这一发现归因于结构有序性的改善。本方法可用于优化Heusler型合金的功能特性。
2015-07-21 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study on thermoelectric properties of half-Heusler compounds CoMSb(M=Sc, Ti, V, Cr, and Mn)
我们对半Heusler化合物CoMSb（M=Sc，Ti，V，Cr，Mn）的热电性质、Seebeck系数和反常能斯特系数进行了系统的密度泛函计算.计算得到的载流子浓度对化合物Seebeck系数的影响与实验值符合得很好。我们发现半金属铁磁CoMnSb在布里渊区边界处表现出很大的反常能斯特效应，这是由Berry曲率引起的。这些结果有助于理解大反常能斯特系数的机理，为设计高性能的磁性热电材料提供了线索。
2018-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Search for Thermoelectrics with High Figure of Merit in half-Heusler compounds with multinary substitution
为了提高TiCoSb的热电性能，我们在Ti位用Zr和Hf等量取代50%的Ti，在Sb位用Sn和Se等量取代Sb。采用全势线性缀加平面波方法研究了Ti 0. 5 Zr 0. 25 Hf 0. 25 CoSn 0. 5Se 0. 5的电子结构，并基于半经典Boltzmann输运理论计算了其热电输运性质.能带结构计算表明，Ti_（0.5）Zr_（0.25）Hf_（0.25）CoSn_（0.5）Se_（0.5）具有半导体性质，间接带隙为0.98 eV，符合半Heusler化合物中18价电子含量带来半导体性的经验规律，表明如果半Heusler化合物完全满足18 VEC规则，则可以在多元相中具有半导体行为，并且这种开放-提高了在半赫斯勒化合物中设计高品质因数热电器件的可能性。结果表明，在700 K左右的高温下，Ti0.5Zr0.25Hf0.25CoSn0.5Se0.5具有较高的热电优值ZT = 1.05，高于TiCoSb的热电优值ZT = 0.95，表明从三元相体系到多元相体系可以提高高温下的热电优值。
2017-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Chemical bonding origin of the thermoelectric power factor in Half-Heusler semiconductors
具有立方半赫斯勒结构（XYZ）的金属间化合物半导体具有优异的热电性能。这归因于能带结构中载流子袋的高简并性，但在不同的材料组成之间发现了很大的差异。半赫斯勒通常在Zintl化学中解释，明确区分正电性阳离子（$X^{n+}$）和扩展的聚阴离子（$YZ^{n-}$）。基于定量的真实空间化学键合分析，我们解开大程度的共价键合之间的正式阳离子和阴离子，Zintl区分显然无效。这种共价性强烈影响材料的能带结构、热电性能和响应性能，对于那些最不遵循Zintl概念的材料观察到改进的热电性能。这扩展了我们对控制物理性质的化学键合图案的知识，并对经常应用于复杂材料设计的简单化学概念给出了批判性的观点。
2021-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Screening and Fabrication of Half-Heusler phases for thermoelectric applications
半Heusler相作为热电材料最近引起了人们的极大兴趣。使用VASP软件通过从头计算模拟进行可能的系统的筛选。计算并校准能量-体积（E（V））曲线。对于TiCoSb、NbNiSn、FeMoSb，证实了半赫斯勒相相对于如TiNiSi、ZrCoAl、ZrBeSi、FeSiV、ZrNiP和全赫斯勒的共晶结构的稳定性。然而，根据晶格能差计算的热力学驱动力小于0.1eV/原子。因此，半赫斯勒相的制造是一个挑战，需要三个步骤，通过球磨对原材料进行表面活化，对压制的颗粒进行电弧熔化，最后在真空炉中进行长期退火处理。在掺杂的TiCoSb试样，Seebeck系数高达0.1 mV/K，在NiNbSn 0.16 mV/K进行了测量，虽然微观结构尚未优化。
2009-02-21 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
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
Electronic structure and thermoelectric properties of CoTiSi half-Heusler alloy: Doping overtones
本研究通过密度泛函理论计算，优化CoTiSi半赫斯勒合金结构并分析其热电性能，发现P型掺杂的塞贝克电压和热电势显著高于N型，表明P型载流子具有更优的热电性能，为实验应用提供了基础。
2025-09-09 cond-mat.mtrl-sci
$P$-type Ru$_2$Ti$_{1-x}$Hf$_x$Si full-Heusler bulk thermoelectrics with $zT = 0.7$
本研究发现p型Ru₂Ti₁₋ₓHfₓSi全赫斯勒热电材料，在700-1000K宽温区zT达~0.7，为全赫斯勒材料目前最高值，验证了p型体系更优的理论预测，还揭示Hf取代的电子结构影响并提出zT>1的提升策略。
2025-09-02 cond-mat.mtrl-sci
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
Nanograined half-Heusler semiconductors as advanced thermoelectrics: an ab-initio high-throughput statistical study
该研究通过从头算高通量筛选75种纳米晶half-Heusler化合物，揭示其高温热电优势及物理来源，并用机器学习提炼基于成分的热电性能判据。
2014-08-25 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
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
Recent Advances in Nanostructured Thermoelectric Half-Heusler Compounds
Half-Heusler（HH）合金在700 K及以上的温度范围内（接近大多数工业废热源的温度范围）作为有前途的热电（TE）材料引起了相当大的兴趣。在过去的几年中，纳米结构在显著提高几种HH合金的TE性能方面发挥了重要作用。本文简要综述了近年来HH纳米复合材料的研究进展。我们首先介绍HH合金的结构和用于改善HH合金TE性能的不同策略。接下来，我们回顾HH纳米复合材料的细节，通过不同的技术。最后，审查结束时，突出了几个有前途的战略，在这些非常有前途的TE材料的进一步研究方向。
2013-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric transport in Ru$_2$TiSi full-Heusler compounds
本研究结合理论与实验探究Ru$_2$TiSi基全赫斯勒化合物的热电输运特性，发现其可用双抛物带模型描述，p型材料因轻空穴具更高效率，通过调控热导率有望实现zT>1的优异热电性能。
2024-12-08 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
Stoichiometric and off-stoichiometric full Heusler $\mathbf {Fe_2V_{1-x}W_xAl} $ thermoelectric systems
制备了一系列全Heusler合金（$\rm Fe_2V_{1-x}W_xAl$、$0 \leq x \leq 0.2$），对其进行了表征，并在较宽的温度范围内研究了其热电性能的相关物理性能。此外，还加入了成分相近的非化学计量比样品，热电优值提高了10%。V/W取代导致i）主载流子类型从空穴到电子的变化，如Seebeck和Hall测量所证明的，以及ii）由于在V/W取代时借助于明显不同的质量和金属半径产生晶格无序而导致晶格热导率的显著降低。此外，已获得高于0.2的$ZT$值。一个微观的理解所观察到的实验数据揭示从头计算的电子和声子结构。
2019-08-14 cond-mat.mtrl-sci
\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
Thermodynamic and Thermoelectric Properties of CoFeYGe (Y= Ti, Cr) Quaternary Heusler Alloys: First Principle Calculations
在热电应用中利用材料需要机械、热和晶格稳定性以及高品质因数（ZT）。本文采用密度泛函理论（DFT）研究了CoFeYGe（Y = Ti，Cr）四元Heusler化合物的结构、电学、磁学、力学、热力学、动力学和热电性能.计算的力学性能和声子色散表明，这些化合物的结构是稳定的。CoFeCrGe和CoFeTiGe化合物都显示出铁磁和亚铁磁半金属行为，带隙分别为0.41和0.38 eV。晶格热导率（\k{appa} L）表现出较低的值，对于CoFeCrGe（CoFeTiGe）在1100 K时达到3.01 W/（m.K）（3.47 W/（m.K））。光学声子模对CoFeCrGe（CoFeTiGe）的\k{appa} L值有60.2%（70.9%）的贡献. CoFeCrGe和CoFeTiGe分别获得了0.71和0.65的高ZT值。根据我们的计算，CoFeCrGe和CoFeTiGe结合了良好的自旋电子和热电行为，可用于自旋注入应用。
2019-05-23 cond-mat.mtrl-sci
High-temperature thermoelectric properties of half-Heusler phases Er$_{1-x}$Ho$_x$NiSb
采用X射线粉末衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和光学金相等手段对Er $_{1-x}$ Ho $_x$ NiSb（$x$ = 0，0.2，0.3，0.5，0.7，0.8，1）多晶样品进行了表征。结果证明，在整个组成范围内形成半Heusler合金。在350-1000 K温度区间内研究了它们的电输运性质（电阻率、热电势）。测量的电阻率在5和25 $μΩ$ m之间。在500-650 K温度下观察到50-65 $μ$ V/K的最大热电势。用Er代替Ho导致热电功率因数（$PF = S^2/ρ$）的非单调变化。发现Er $_{0.5}$ Ho $_{0.5}$ NiSb在660 K时的最大$PF$为4.6 $μ$ WcmK $^{-2}$。该值明显大于对于终相ErNiSb和HoNiSb确定的PF。
2018-05-07 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
Band alignment and scattering considerations for enhancing the thermoelectric power factor of complex materials: The case of Co-based half-Heuslers
Half-Heuslers是一种新兴的热电材料组，具有复杂的能带结构，具有多个能带，可以通过能带工程方法进行对齐，使我们有机会提高其功率因数。在这项工作中，超越了恒定弛豫时间近似，我们进行了调查的好处，带对齐，在提高热电功率因数下的不同密度的状态依赖的散射方案。作为测试案例，我们考虑钴基p型半Heuslers TiCoSb，NbCoSn和ZrCoSb。首先，使用简化的有效质量模型与玻尔兹曼输运相结合，我们研究了三种不同的载流子散射情况下有利于热电功率因子的能带对准条件：i）通常的恒定弛豫时间近似，ii）带内散射限于电流谷，散射率与费米黄金法则规定的态密度成比例，以及iii）在所有可用谷上的带内和带间散射，其中速率由相关能量处的总态密度确定。我们证明了带对齐的结果显着不同的散射细节。其次，利用密度泛函理论计算了半赫斯勒晶体的能带结构，研究了应变诱导能带排列下的功率因数行为。我们发现，应变可以提高半赫斯勒的功率因数，但结果在很大程度上取决于所涉及的频带的曲率，具体的载流子散射机制，和初始频带分离。重要的是，我们还表明，频带对齐并不总是有益的功率因数。
2019-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of the electronic and thermoelectric properties of Fe2 ScX (X = P, As and Sb) full Heusler alloys by using first principles calculations
本文报道了三种新的具有良好热电性能并有望在实验室合成的全Heusler合金。它们是Fe 2 ScP、Fe 2 ScAs和Fe 2 ScSb化合物。前两种化合物为间接带隙半导体，后一种化合物为半金属基态。Fe_2ScP和Fe_2ScAs的带隙分别为0.3和0.09eV。这些化合物显示出沿Γ -X方向存在平坦的导带，这表明了大的类电子有效质量，并且有望使化合物具有非常好的热电行为。在200 K时，Fe_2ScP、Fe_2ScAs和Fe_2ScSb化合物的Seebeck系数分别为-770、-386和-192 UNFV/K。在这些材料中的n型掺杂预期的最大功率因数（PF）。重掺杂的Fe 2ScP和Fe 2ScAs在宽的温度范围内具有PF>60，这与Bi 2 Te 3的PF相当，Bi 2 Te 3是众所周知的并且是商业上使用的最好的热电材料之一。目前的工作表明，这些材料在很宽的温度范围内可能的热电适用性。
2014-06-13 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
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
Half-Heusler Compounds: Promising Materials For Mid-To-High Temperature Thermoelectric Conversion
Half-Heusler化合物（空间群Fm 3 m）近年来在热电界引起了越来越多的关注。三十年前，人们发现难熔的RNiSn半赫斯勒化合物（R代表难熔金属，如Hf，Zr，Ti）是窄隙半导体，具有100微伏/开尔文的大塞贝克系数。如今，半赫斯勒（HH）化合物已成为中温（400- 800 ℃）有前途的热电材料。HH材料具有良好的热稳定性和可扩展性。基于HH材料的热电n-p模块表现出接近10%的转换效率和接近9 W/cm 2的功率密度输出。本文的目的是介绍热电半赫斯勒化合物的研究和发展的历史帐户。特别是自2012年以来，由于新方法的出现，取得了显著成就。结果，ZT从~1上升到1.5。从20世纪90年代初到现在所取得的各种进展通过将半赫斯勒材料分为三代（Gen）来叙述：Gen-1 Gen-2和Gen-3 HH材料。
2019-05-09 cond-mat.mes-hall 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
High-throughput screening of Heusler alloys for thermoelectrics combining machine-learned densities of states and first-principles transport
Sardar Vallabhbhai National Institute of Technology, Surat（印度苏拉特萨达尔·瓦拉巴伊国立理工学院）；Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）
本研究结合机器学习态密度与第一性原理输运，对DXMag数据库中10万余种Heusler合金进行高通量筛选，确认80种候选热电材料，验证了DOS衍生指标的筛选有效性。
2026-10-15 cond-mat.mtrl-sci
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
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
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
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
Mapping the Configuration Space of Half-Heusler Compounds via Subspace Identification for Thermoelectric Materials Discovery
本研究通过子空间识别方法分析1126种半赫斯勒化合物，揭示高热电性能的关键元素子空间，并实验验证Sc0.5Lu0.5AuSn具有低热导率，为热电材料发现提供新策略。
2025-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Half-Heusler thermoelectric materials: NMR studies
我们报告了对一系列半赫斯勒半导体（包括NbCoSn、ZrCoSb、TaFeSb和NbFeSb）的$^{59}$ Co、$^{93}$ Nb和$^{121}$ Sb的核磁共振（NMR）测量结合密度泛函理论（DFT）计算，以更好地了解它们的电子性质和一般组成依赖性趋势。这些材料作为潜在的高效率热电材料是令人感兴趣的。与其他材料相比，我们发现ZrCoSb往往有一个相对较大的量的局部无序，明显的反位缺陷。这有助于对应于带边缘附近的杂质带的小激发间隙。在NbCoSn和TaFeSb中，Curie-Weiss型行为被揭示，这表明相互作用的顺磁缺陷的小密度。观察到非常大的顺磁化学位移与Van Vleck机制，由于紧密间隔的$d$带之间的导带和价带分裂。与此同时，DFT方法通常成功地再现了这些半Heusler材料的化学位移趋势，并且我们确定了较大幅度的位移的增强，这与电子相互作用效应有关。总趋势与系列中$d$ -电子杂交的变化有关。
2020-06-03 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
Half Heusler Alloys for Efficient Thermoelectric Power Conversion
半赫斯勒（HH）相（空间群F43 m，Clb）因其热稳定性、可扩展性、环境友好性以及高效的功率输出而作为有前途的热电材料越来越受到关注。直到最近，HH相的可验证的无量纲品质因数（ZT）一直保持接近1的适度，这限制了这些材料的功率转换效率。我们在此报告ZT~1.3的n型（Hf，Zr）NiSn合金近850 K开发通过元素替代，同时嵌入纳米粒子在HH矩阵，通过退火的样品接近其熔化温度。质量涨落和散射中心的引入在测量的高ZT中起着关键作用，如热导率的降低和热电势的增加所示。基于计算，基于新的n型（Hf，Zr，Ti）NiSn颗粒在基质中的复合物和最近报道的高ZT p型HH相的n-p耦合模块的功率转换效率预计将达到13%，与现有技术的材料相当，但具有所述的附加材料和环境属性。由于在不调整半赫斯勒相的微观结构的情况下获得了高效率，因此为进一步优化留下了空间。
2016-08-04 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
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
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
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
Thermoelectric transport and the role of different scattering processes in the half-Heusler NbFeSb
该研究从头算模拟了半赫斯勒NbFeSb的热电输运，发现极性光学声子与电离杂质散射主导性能，所提方法较全从头算快10倍以上且保持精度。
2025-10-27 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
Bismuth based Half Heusler Alloys with giant thermoelectric figure of merit
Half Heusler（HH）热电合金提供了一个广泛的平台，可以选择无毒和富含地球元素的材料。本文提出了一个从头算理论评估的电和热输运性能的铋基最有前途的热电合金，选择了54个稳定的HH化合物。这些是最近提出稳定的全新化合物（Nature Chem.7，308（2015）），并且可能具有令人感兴趣的性质。计算的能带结构的三个化合物，即HfRhBi，ZrIrBi和ZrRhBi，作为一个提示，他们有前途的热电性能。为了获得这些未报道系统的理论预测的信心，我们首先检查了我们的计算结果，一个良好的研究类似的化合物，ZrNiSn，并显示出合理的协议与测量。HfRhBi和ZrIrBi是窄带隙半导体，而ZrRhBi是中等带隙半导体。详细研究了载流子浓度和温度对Seebeck系数（S）、功率因数（S $^2 σ$）、晶格（$κ_L$）和电子（$κ_e$）热导率的影响，并由此得到了品质因数（ZT）。与大多数有前途的已知热电材料相比，我们发现这些材料具有高功率因数（p型ZrIrBi的最高S $^2 σ\sim$ 17.36 mWm $^{-1}$ K $^{-2}$）。三种系统（特别是p型系统）均表现出很高的品质因数，理想晶体的ZT值高达0.45。计算了这三种化合物的最大ZT和相应的最佳n型和p型掺杂浓度（$n_c$），为今后的实验工作提供了指导。
2016-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Theory of Huge Thermoelectric Effect Based on Magnon Drag Mechanism: Application to Thin-Film Heusler Alloy
为了理解在薄膜Heusler合金Fe $_2$ V $_{0.8}$ W $_{0.2}$ Al中观察到的出乎意料的高热电性能，我们研究了由钨基杂质带产生的磁振子拖曳效应，作为这种增强的可能来源，类似于在FeSb $_2$中观察到的声子拖曳。假设薄膜Heusler合金具有与杂质带结合的导带，由钨替代产生，我们基于自洽t矩阵近似推导了电导率$L_{11}$，基于线性响应理论推导了磁振子拖曳引起的热电电导率$L_{12}$，并估算了电阻率、Seebeck系数和功率因数随温度的变化.最后，我们将理论结果与薄膜Heusler合金的实验结果进行了比较，结果表明，异常热电性能的起源很可能是由于与钨基杂质带相关的磁振子阻力。
2021-08-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Thermoelectric power factor under strain-induced band-alignment in the half-Heuslers NbCoSn and TiCoSb
能带收敛是提高复杂能带结构热电材料热电性能的有效策略。半Heusler是频带收敛研究的良好候选者，因为它们在价边附近具有多个频带，可以通过各种频带工程方法进行收敛，从而提供功率因数改善的机会。识别频带收敛的结果的理论计算采用用于载波散射弛豫时间的各种近似（最常见的是恒定弛豫时间近似），这是由于精确地提取它们所涉及的高计算复杂性。在这里，我们比较了两种散射情况下的应变引起的能带收敛的结果：i）最常用的恒定弛豫时间近似和ii）半Heuslers NbCoSn和TiCoSb的能量依赖谷间和谷内散射的考虑。我们表明，带收敛的功率因数的结果取决于载波散射的假设，以及温度。对于这两种材料的研究，频带收敛提高了功率因数。然而，对于NbCoSn，在两种散射弛豫时间假设下，随着温度的升高，能带收敛变得更加有利。另一方面，在TiCoSb的情况下，恒定弛豫时间的考虑也表明相对功率因数改善随温度而增加，但在能量依赖的散射时间的考虑下，相对改善随温度而减弱。这表明，在波段收敛研究中需要准确考虑散射细节，以预测更准确的趋势。
2020-11-06 cond-mat.mtrl-sci
FeTaSb and FeMnTiSb as promising thermoelectric materials: An ab initio approach
热电原理上提供了一种将废热充分利用的途径。受此启发，我们研究了两个新的铁基Heusler合金，FeTaSb和FeMnTiSb，热和电输运性质的第一性原理方法和半经典玻尔兹曼输运理论在恒定弛豫时间近似。在1100 K时，\textit{p}掺杂的FeTaSb具有高的功率因数，可与性能最好的Heusler合金FeNbSb相媲美.在室温下，\textit{n}掺杂的FeMnTiSb的功率因数高于FeNbSb和FeTaSb。值得注意的是，FeMnTiSb可用于热电模块中的\textit{n}型和\textit{p}型腿.这两个系统的Seebeck系数与早先报道的Heusler合金的Seebeck系数一致。我们还提供了两个系统的品质因数的保守估计。总的来说，我们的研究结果表明，高温热电势的FeTaSb，而低成本的FeMnTiSb是一个可行的室温热电候选材料。
2018-02-17 cond-mat.mtrl-sci
Rhodium based half-Heusler alloys as possible optoelectronic and thermoelectric materials
基于密度泛函理论和半经典Boltzmann理论，我们研究了18价电子数铑基半Heusler合金的结构、弹性、电学、光学和热电性质，重点研究了RhTiP、RhTiAs、RhTiSb和RhTiBi的结构、弹性、电学、光学和热电性质。这些系统的声子色散曲线中没有虚频，证明它们是结构稳定的。RhTiP在性质上是可延展的，而其他是脆性的。合金被发现是半导体的间接带隙范围从0.94至1.01 eV。我们的计算表明，这些材料在紫外和可见光区具有高的吸收系数和光学电导率。在考虑热电性时，我们发现$p$ -型掺杂更有利于提高热电性能。功率因数与$p$型掺杂的计算值是可比的一些报告的半Heusler材料。RhTiBi的最佳品质因数\zt \是$\sim1$，表明其是热电应用的有希望的候选者，而具有0.38至0.67之间的最佳\zt \值的RhTiP、RhTiAs和RhTiSb是用于热电装置的可能候选者。
2021-05-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Unlocking Thermoelectric Potential: A Machine Learning Stacking Approach for Half Heusler Alloys
本文提出融合 Random Forest 与 XGBoost 的堆叠集成模型，基于多类热电物性数据预测半赫斯勒合金性能，并识别温度等关键影响特征。
2024-08-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Electronic Structure and Thermoelectric Properties of Half-Heusler Alloys NiTZ
本文基于密度泛函理论和Boltzmann输运方程研究了18价电子half-Heusler合金NiTZ的热电性能，发现NiScP、NiScAs、NiScSb为间接带隙半导体，在1200 K时ZT值分别达0.46、0.35和0.29，并指出适当掺杂可进一步提升性能。
2020-12-20 cond-mat.mes-hall 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
Establishing the carrier scattering phase diagram for ZrNiSn-based half-Heusler thermoelectric materials
化学掺杂是调节半导体，特别是热电材料的电性能的最重要的策略之一。一般来说，化学掺杂的主要作用在于优化载流子浓度，但也可能有其他重要的影响。在这里，我们表明，化学掺杂半赫斯勒热电材料中的电子和声子输运性质起着多种作用。以ZrNiSn基半Heusler材料为例，我们使用高质量的单晶和多晶，各种探针，包括电输运测量，非弹性中子散射测量和第一性原理计算，来研究潜在的电子-声子相互作用。我们发现，化学掺杂带来了强大的屏蔽效应的电离杂质，晶界和极性光学声子散射，但对晶格热导率的影响可以忽略不计。此外，它是可能的，建立一个载流子散射相图，它可以用来选择合理的策略，优化的热电性能。
2020-06-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
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
