Thermoelectric Band Engineering: The Role of Carrier Scattering
在相同或相似能量处具有多个谷或带的复杂电子能带结构可有益于热电性能，但这些优点可被谷间和带间散射抵消。在本文中，我们演示了如何第一性原理能带结构加上最近开发的技术，严格模拟电子-声子散射提供的能力，以现实地评估与这些材料相关的利益和权衡。我们说明了使用n型硅作为模型材料的方法，并表明谷间散射是强的。这个例子表明，谷和带的收敛可以改善热电性能，但改善的幅度敏感地取决于谷内和谷间电子散射的相对强度。由于各向异性的能带结构也起着重要的作用，在存在强谷间散射的带各向异性的好处的措施。
2017-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous thermoelectric transport phenomena from interband electron-phonon scattering
塞贝克系数和电导率是设计热电材料时需要同时优化的两个关键量，它们由载流子散射动力学决定。我们发现了一个新的制度，在费米能级的多个频带具有不同的有效质量的共存导致强烈的能量依赖的载流子寿命由于固有的电子-声子散射。在这种反常的制度，电导率随载流子浓度，塞贝克系数反转的符号，即使在高掺杂，和功率因数表现出不寻常的第二个峰值。我们讨论了这种效应的起源和幅度使用第一性原理玻尔兹曼输运计算和简化模型。我们还确定了一般的设计规则，使用这种模式，以提高热电材料的性能。
2021-03-11 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Origins of Large Thermoelectric Power Factor of LaOBiS2-xSex
我们研究了致密化LaOBiS 2-xSex的电输运性质，这构成了一个新的热电材料家族。功率因数随着Se浓度的增加而增加，即，Se取代导致电导率增强，而不抑制塞贝克系数。霍尔测量表明，低电阻率导致载流子迁移率的增加，载流子浓度的降低导致系统的塞贝克系数的大的绝对值。
2015-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Transport Properties of Ni, Co, Fe, Mn Doped Cu0.01Bi2Te2.7Se0.3 for Thermoelectric Device Applications
基于Bi 2 Te 3的热电器件通常使用镍层作为扩散阻挡层，以阻止焊料或铜原子从电极扩散到热电材料中。先前的研究表明，这些热电器件的效率降低可能是由于阻挡层扩散到热电材料中。在这项工作中，Ni，Co，Fe和Mn有意掺杂到Cu0.01Bi2Te2.7Se0.3中，以了解它们对热电材料的影响。研究了5-525 K温度范围内Cu 0.01Bi2Te2.7Se0.3M0.02的热电输运性质，包括塞贝克系数、热导率、电阻率、载流子浓度和载流子迁移率。
2012-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Electronic transport descriptors for the rapid screening of thermoelectric materials
用于热电能转换的新型材料的发现有可能通过数据驱动的筛选与高通量计算相结合来加速。提高成功选择候选材料的效率的一种方法是通过使用传输描述符对其进行评估。使用数据驱动的筛选，我们在三角ABX2家族中选择了12个潜在的候选者，然后从第一原理进行电荷传输性质模拟。结果表明，在这些材料中的载流子散射过程中占主导地位的电离杂质和极性光学声子，通常假设的声学声子为主的散射相反。结合基于三声子散射的热导率计算，我们预测p型AgBiS2和TlBiTe2作为潜在的高性能热电材料在中温范围内用于低品位废热收集，预测zT在500 K时大于1。使用这些数据，我们进一步推导出基态载流子迁移率和热电功率因子的传输描述符。除了低载流子质量之外，高介电常数被发现是实现高载流子迁移率的重要因素。建立了介电常数与传输性能之间的二次相关性，并与文献进一步验证。展望未来，介电常数可以作为一个独立的调谐旋钮，用于改善热电性能。
2021-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Hot Carrier Dynamics in GaN and its Impact on the Efficiency Droop
GAN是照明技术的关键材料。然而，GAN发光器件中的核心载流子输运和超快动力学尚未完全理解。我们提出了第一性原理计算的载流子动力学在GAN中，专注于电子-声子（e-ph）散射和冷却和纳米级的热载流子的动力学。我们发现，e-ph散射是显着更快的空穴相比，电子，和热载流子与初始0.5 $-$ 1 eV的过剩能量，空穴需要一个显着更短的时间（$\sim$ 0.1 ps），以放松到带边相比，电子，这需要$\sim$ 1 ps。热载流子动力学中的不对称性被证明是源自于价带简并度，与电子相比空穴的较重有效质量，以及在价带和导带中耦合到不同声子模式的细节。我们发现，热电子的缓慢冷却和它们的弹道平均自由程（超过3 nm）是GAN发光二极管效率下降的一个可能原因。总之，我们的工作揭示了GAN中热载流子的超快动力学和效率下降的纳米级起源。
2017-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Axis-dependent carrier polarity in polycrystalline NaSn$_2$As$_2$
横向热电装置仅由一种热电材料组成，不像传统的纵向热电装置需要具有p型和n型极性的两种类型的热电材料。然而，可扩展的合成材料，表现出轴依赖的载体极性，这是一个有前途的组件，以证明横向热电器件，是具有挑战性的。本文报道了用单轴热压法制备的多晶NaSn $_2$ As $_2$具有轴向载流子极性。通过X射线衍射测量证实了样品的择优取向。Seebeck系数的测量表明，载流子的极性取决于测量方向，这是一致的，最近报道的结果对单晶的NaSn $_2$作为$_2$。鉴于我们的样品制备过程是容易扩展的，目前的工作表明，使用多晶NaSn $_2$作为$_2$与优选的取向制备横向热电器件的可能性。
2021-04-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thermoelectric properties of $n$-type SrTiO3
我们提出了一个调查的立方钙钛矿SrTiO 3的热电性能。结果来自于从玻尔兹曼传输理论在恒定散射时间近似的基础上的电子结构和现有的实验数据为La掺杂的SrTiO 3的计算得到的传输函数的组合。优值系数ZT是相对于载流子浓度和温度建模的。该模型预测了在优化掺杂下相对较高的$ZT$，并表明在T = 1400 K时$ZT$值可达0.7。因此，可以通过载流子浓度优化从当前实验值改进$ZT$。
2016-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Realizing high Near-Room-Temperature Thermoelectric Performance in n-type Ag2Se through Rashba Effect and Entropy Engineering
尽管存在大量的高温热电材料，但设计具有高zT的近室温特别是n型热电材料是极具挑战性的。通常，原始Ag 2Se表现出不寻常的低热导率以及高电导率和塞贝克系数，这导致室温下的高热电性能（n型）。在此，我们报告了伪三元相，Ag2Se0.5Te0.25S0.25，其显示出改进的热电性能（在400 K下zT ~ 2.1）。密度泛函理论表明，Rashba型自旋相关的带分裂起源于Te掺杂，提高了载流子迁移率。利用密度泛函微扰理论，我们认识到本征载流子迁移率不仅受载流子有效质量的控制，也不受形变势理论的控制，而是受纵向光学声子散射的限制.事实上，局部偏离中心的S原子和上升的组态熵通过替代Te和S原子在Ag 2Se显着降低晶格热导率（klat ~ 0.34在400 K）。为了准确地获得电以及热输运系数，我们采用基于玻尔兹曼输运形式的变形势理论。Rashba效应与构型熵的组合结果协同地导致了这种高热电性能，并开发了在近室温下工作的新型n型热电材料。
2021-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Direct visualization of polaron formation in the thermoelectric SnSe
SnSe是一种层状材料，目前保持着体热电效率的记录。这种高效率的主要决定因素被认为是由于声子系统内的强非谐耦合导致的极低的热导率。在这里，我们表明，在SnSe中的载体系统的性质也是由强耦合声子直接可视化极化子形成的材料。我们采用超快电子衍射和漫散射跟踪声子的响应在动量和时间的带隙的自由载流子的光掺杂，观察驱动载流子本地化的双峰和各向异性晶格畸变。相对大的（\SI{18.7}{\angstrom}）准一维极化子在\SI{300}{\femto\second}时间尺度上形成，而较小的（\SI{4.2}{\angstrom}）三维极化子的形成时间要长一个数量级（\SI{4}{\pico\second}）。这种差异似乎是深刻的各向异性的电子-声子耦合在SnSe的结果，与强的弗罗里希耦合只有区域中心的极性光学声子。这些结果表明，在最佳掺杂水平的SnSe中的载流子导致高极化子密度，并且强的电子-声子耦合对于该基准材料的热电性能以及更一般地潜在的高性能热电器件也是至关重要的。
2021-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical search for Chevrel phase based thermoelectric materials
本文研究了几种半导体Chevrel相的热电性质。能带结构计算用于计算热电势和估计合金化和无序对载流子迁移率的影响。在Mo位上与过渡金属如Re、Ru或Tc合金化以达到半导体组合物导致费米能级处的电子结构的巨大变化。预期这样的合金具有低载流子迁移率。填充过渡金属也被发现是不相容的高热电性能的基础上计算的电子结构。填充Zn，Cu，特别是Li被发现是有利的。这些填充的Chevrel相的计算的电子结构是一致的低散射的载流子与填充相关联的缺陷。我们期望具有接近（Li，Cu）$_4$ Mo $_6$ Se $_8$的组成的材料具有良好的迁移率和高的热电势，特别是当富含Li时，并推荐该系统用于实验研究。
1998-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Change-over of carrier type and magneto-transport property in Cu doped Bi2Te3 Topological Insulators
研究了Cu掺杂Bi_2Te_3拓扑绝缘体的结构、电阻率、热电势和磁输运性质。通过霍尔效应和热电功率测量，观察到Bi_2Te_3中Te位Cu掺杂引起的载流子从n型向p型的调谐。Cu的掺杂降低了载流子的迁移率，这说明费米能级从体导带向体价带移动。此外，在高磁场下，纯Bi_2Te_3的线性磁电阻（LMR）与时间反转对称性（TRS）保护的无带隙拓扑表面态有关，而Cu的掺杂破坏了TRS，使带隙开放，从而猝灭了LMR。
2016-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Tunable charge carriers and thermoelectricity of single-crystal Ba8Ga16Sn30
我们已经从Sn和Ga熔剂中生长了VIII型金属间化合物Ba8Ga16Sn30的单晶，通过电子探针分析评估了它们的成分，并通过测量温度依赖的电阻率、热电势和霍尔系数研究了它们的输运性质。在Sn熔剂中生长的晶体显示n型载流子，而来自Ga熔剂的晶体显示p型载流子，而所有测量的组合物保持非常接近于Ba：Ga：Sn的化学计量比8：16：30，这是从电荷平衡原理预期的。我们的研究结果表明一个非常高的灵敏度的载流子的性质和密度相对于生长条件，导致相关的传输特性的差异，这点的重要性，调整这种材料的最佳热电性能。
2006-01-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Free-carrier screening of polarization fields in wurtzite GaN/InGaN laser structures
采用自洽紧束缚方法研究了纤锌矿GAN/InGaN量子阱激光器中自由载流子对宏观偏振场的屏蔽作用。我们表明，高载流子浓度实验发现在氮化物激光器结构有效地筛选内置的自发和压电极化场，从而诱导一个“无场”的带剖面。我们的结果解释了一些迄今为止令人困惑的实验数据氮化物激光器，如异常高的激光激发阈值和发射蓝移增加激发能级。
1998-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Weyl and Dirac Semimetals for Thermoelectric Applications
本章综述Weyl和Dirac半金属的拓扑能带结构、Berry曲率增强热电输运的机制，并总结单晶制备、性能调控及ZT优化策略。
2025-02-17 cond-mat.mtrl-sci
Realizing Thermoelectric and Thermistor Bi-functionalities via Triggering Electron Correlations with Lattice-dipole
建立强电子相关性不仅有助于克服优化热电材料的权衡限制，而且还可以引入新的功能，扩展传统热电应用的视野。在这里，我们证明了高热电和热敏电阻功能共存于晶格畸变SrNbxTi 1-xO 3薄膜与载流子和有序排列的晶格偶极子之间的电子相关性。生长的SrNbxTi 1-xO 3/SrTiO 3与有效地保留界面应变表现出跨平面电荷有序和轨道各向异性，所示的偏振相关的近边X射线吸收精细结构。由此产生的库仑关联通过增大系统的振动熵，更独立地调节载流子输运和提高Seebeck系数。作为实现的最大热电功率因数超过100 uWcm-1 K-2测量的体性能的SrNb0.2Ti0.8O3（2.2 μ m）/SrTiO 3（100 μ m），这是最好的热电材料的低温应用。此外，晶格偶极子引起的载流子散射的强温度依赖性引入了正温度依赖的热敏电阻输运行为，其电阻电阻温度系数在30 ~ 300 K范围内很大，这在传统的热敏电阻中是很少见的。将这两种功能相结合，大大扩展了探索新的焦耳传感器的视野，用于在宽温度范围内检测温度和热扰动。
2018-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Estimation of background carrier concentration in fully depleted GaN films
缓冲层泄漏是AlGaN/GAN HEMT中重要的寄生损耗机制，因此采用各种方法来生长半绝缘缓冲层。由于即使在零偏置电压下其完全耗尽的性质，使用常规的基于电容的剖析技术来量化这种缓冲器中的载流子浓度是具有挑战性的。我们提供了一个简单而有效的模型来提取载流子浓度在完全耗尽的GAN薄膜使用电容-电压（C-V）测量。广泛的汞探针C-V轮廓已进行不同的厚度和掺杂水平的GAN薄膜，以验证该模型。从传统的C-V技术的部分耗尽膜具有相同的掺杂浓度，和霍尔测量的载流子浓度提取显示出良好的协议与所提出的模型预测，从而建立这种技术的实用性。这个模型可以很容易地扩展到估计背景载流子浓度从HEMT结构的耗尽区电容和完全耗尽膜的任何类别的半导体材料。
2015-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric studies of electronic properties of ferromagnetic GaMnAs layers
研究了铁磁Ga（1-x）Mn（x）As外延层（0.015<x<0.06）在宽温度范围内的热电功率、电导率和高场霍尔效应。热电功率分析给出了关于具有金属和非金属类型导电性的层中的载流子传输机制的信息，并允许确定费米能量和载流子浓度。在高温下（T>70 K），GaMnAs的热电势随温度的升高而线性增加。这表明存在简并空穴气，其费米能EF=220 ± 25 meV，几乎与Mn含量无关（0.02<x<0.05）。在较低的温度下，具有金属型导电性的GaMnAs层显示出对热电功率的额外贡献，其最大值接近居里温度。表现出绝缘电性能的层在低温下表现出1/T型的热电功率增加。
2004-09-24 cond-mat.mtrl-sci
High temperature thermoelectric response of double-doped SrTiO$_3$ epitaxial films
SrTiO $_3$是一种很有前途的$n$型氧化物半导体材料，可用于热电能量转换。用脉冲激光沉积法（PLD）制备了La和氧空位同时掺杂的SrTiO $_3$外延薄膜。这些薄膜的热电和电磁性能的特点是在温度范围从300 K到900 K，是典型的杂质半导体。热电势值的双掺杂薄膜是以前的研究La掺杂的单晶在类似的载流子浓度。最高热电优值（$ZT$）被测量为0.28，在873 K，在$2.5\times10^{21}$ cm $^{-3}$的载流子浓度。
2010-11-08 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
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
Thermoelectric transport in molecular crystals driven by gradients of thermal electronic disorder
针对有机半导体热电理论不足的问题，开发量子动力学模拟方法揭示载流子波函数沿温度梯度的运动机制，发现热电子无序梯度驱动热电流产生，为改进Seebeck系数提供新途径。
2024-06-26 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Study of Strain Effect on Thermoelectric Properties of LaP and LaAs
稀土双金属化合物由于其独特的电子和拓扑性质而引起了人们的广泛关注。本文采用密度泛函理论（DFT）模拟研究了岩盐结构的镧镧系金属氧化物LaX（X = P，As）。我们系统地表明，一个元GGA功能结合ESTA修正可以有效地和准确地计算电子结构的精细DFT $k$网格，这是必要的收敛热电计算。我们还表明，应变工程可以有效地提高热电性能。在2%的拉伸应变和载流子浓度$n=3\times10^{20}~\textrm{cm}^{-3}$的最佳条件下，LaP在1200 K时可以达到$ZT$的品质因数值$>2$，与未应变时相比提高了90%。通过载流子掺杂和应变工程，镧铌酸盐有望成为一种新型的高温热电材料。
2020-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric Properties of Antiperovskite Calcium Oxides Ca3PbO and Ca3SnO
我们报告的热电性能的多晶样品Ca 3 Pb 1-xBixO（x = 0，0.1，0.2）和Ca 3SnO，都在立方反钙钛矿型结构结晶。Ca 3SnO样品具有金属电阻率，室温下其热电势接近100 uV K-1，导致Ca 3SnO的热电势功率因数大于Ca 3 Pb 1-xBixO。的霍尔和索末菲系数的基础上，Ca 3SnO样品被发现是一个p型金属的载流子密度为~1019 cm-3，迁移率为~80 cm 2 V-1 s-1，都相当于那些在简并半导体，和一个适度大的空穴载流子有效质量。在Ca 3SnO中观察到的适度高的迁移率和大的有效质量的共存，以及在k空间中的低对称点处可能出现具有小带隙的多路电子结构，表明反钙钛矿Ca氧化物具有作为热电材料的强大潜力。
2016-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Dynamic doping and Cottrell atmosphere optimize the thermoelectric performance of n-type PbTe
高的热电能量转换效率需要在宽的温度范围内具有大的品质因数zT。为了实现这一点，我们优化的载流子浓度的n型PbTe从室温到热端温度的共掺杂Bi和Ag。Bi是PbTe中有效的n型掺杂剂，通常在室温下导致过度的载流子浓度。正如密度泛函理论计算所揭示的，Bi和Ag缺陷复合物的形成被用来优化室温载流子浓度。在升高的温度下，我们演示了动态溶解的Ag 2 Te沉淀在PbTe原位加热在扫描透射电子显微镜。随着温度的升高，n型Ag材料的释放满足了热端处较高载流子浓度的要求。此外，其特征在于通过原子探针层析成像，银原子聚集沿平行位错阵列，形成科特雷尔气氛。这导致增强的声子散射并导致低的晶格热导率。作为动态掺杂和声子散射在装饰位错的协同作用的结果，在400和825 K之间，在n型Bi/Ag共掺杂PbTe中实现了1.0的平均zT。引入具有温度依赖性溶解度和与位错核心的强相互作用的掺杂剂使得能够同时优化平均功率因子和热导率，提供了在热电领域开发的新概念。
2022-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Carrier-phonon decoupling via annealing enhances thermoelectric performance of Bi2(Te,Se)3
通过退火引入阳离子空位，同时降低载流子密度并增强声子散射，实现载流子-声子解耦，使Bi2Te2.6Se0.4在373 K获得峰值ZT 1.06，提升热电制冷性能。
2025-09-26 cond-mat.mtrl-sci hep-ex
Optimizing thermoelectric performances of low-temperature SnSe compounds by electronic structure design
最近报道了SnSe化合物在923 K下具有2.62的峰值热电优值系数（ZT），但是在低于750 K的温度下的ZT值相对较低。本文采用密度泛函理论计算了SnSe的电子结构，并研究了不同化学势下SnSe的电输运和热输运性质（或载流子密度）的计算结果表明，在675 K以下沿a_（10）和c轴的ZT值与文献报道的值一致，但是通过将载流子浓度优化到~3.6 × 1019 cm-3，沿b轴的方向的电流密度可以高达2.57。结果表明，在价带附近存在的离子-共价混合键和重-轻带重叠是其热电性能较高的原因
2015-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Carrier recombination dynamics in InGaN/GaN multiple quantum wells
我们测量了InGaN/GAN多量子阱中的载流子复合动力学，其强度范围前所未有。我们发现，当时间短于30\，ns时，它们遵循指数形式，而当时间长于1\，$μ$ s时，它们遵循幂律。为了解释这些双相动力学，我们提出了一个简单的三能级模型，其中电荷分离态与辐射态通过电荷转移的隧道机制相互作用。我们展示了电荷分离态中的距离分布如何在长时间内控制动力学。我们的研究结果表明，电荷重组发生在近孤立的集群的本地化中心。
2010-07-19 cond-mat.mtrl-sci
First Principles Study of Zn-Sb Thermoelectrics
本文报道了第一性原理LDA计算$β$ -Zn $_{4}$ Sb $_{3}$的电子结构和热电性质.该材料被发现是一种低载流子密度金属，具有复杂的费米表面拓扑结构和霍尔浓度对能带填充的非平凡依赖性。的能带结构是相当共价的，与良好的载流子迁移率的实验观察一致。带填充的变化的计算被用来提取的掺杂水平（带填充）从实验霍尔数。在这个能带填充，这实际上对应于0.1电子每22个原子晶胞，计算的热电势和它的温度依赖性是在很好的协议与实验。金属材料中的高塞贝克系数是显著的，并且部分地起因于实验带填充附近的费米学的强能量依赖性。改进的热电性能预测为较低的掺杂水平，对应于较高的Zn浓度。
1997-09-22 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
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
Control of Thermoelectric Properties of ZnO using Electric Double Layer
我们已经成功地控制热电性能的ZnO通过改变载流子浓度使用双电层晶体管（EDLT），这是一个场效应晶体管的电解质溶液的门控。当栅压大于阈值电压（2 V）时，电阻率和热电势急剧下降，表明ZnO表面载流子浓度增加。当栅压超过2 V时，电阻率的温度依赖性变为金属性，其特征在于电阻率的温度依赖性弱。对应于电阻率，热电势的温度依赖性发生了显著变化。由金属-绝缘体转变的临界载流子浓度估算出诱导金属层的厚度约为10 nm，功率因数约为8*10- 5 Wm-1 K ~ 2。虽然功率因数不如最佳掺杂条件下的体ZnO陶瓷大，但EDLT被认为是通过调节载流子浓度来优化热电性能的有用方法。
2014-06-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Influence of generated defects by Ar-implantation on the thermoelectric properties of ScN
如今，使热电材料在能量转换中更有效仍然是一个挑战。在这项工作中，为了降低热导率，从而提高整体的热电性能，点和扩展的缺陷产生在外延111-ScN薄膜通过使用氩离子注入。薄膜的结构，光学，电学和热电特性的方法进行了研究。结果表明，氩注入导致形成稳定的缺陷（高达750 K的工作温度）被确定为间隙型缺陷团簇和所谓的氩空位复合物。这些特定缺陷的插入在带隙中诱导受主型深能级，从而降低自由载流子迁移率。随着电导率的降低，辐照样品表现出较高的Seebeck系数，保持了薄膜的功率因数。在300 K时，热导率从12 W.m-1.K-1降低到3 W.m-1.K-1，表明缺陷对声子散射的影响。随后的高温退火，在1573 K，导致逐步演变的缺陷：初始集群的间隙演变的好处更小的集群和气泡的形成。因此，自由载流子的数量、电阻率和塞贝克系数几乎恢复，但载流子的迁移率保持较低，热导率下降30%仍然有效（8.5W.m-1.K-1）。这项研究表明，控制缺陷工程与缺陷引入使用惰性气体在热电涂层的照射可以是一个有吸引力的方法，以提高热电材料的品质因数。
2022-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Towards Accurate Predictions of Carrier Mobilities and Thermoelectric Performances in 2D Materials
电子与晶格振动模之间的相互作用在决定半导体中载流子输运性质、热电性能以及其他与声子有关的物理量方面起着关键作用。然而，对于二维（2D）材料，目前广泛使用的载流子输运模型只考虑了电子与某些特定声子模之间的相互作用，这往往导致对电子/声子输运性质的预测不准确。本文全面研究了二维IV族和V族单分子膜的全电子-声子耦合及其对载流子迁移率和热电性能的影响，并从群论角度详细分析了电子-声子耦合的选择规则。我们的计算表明，对于浅掺杂的情况下，只允许谷内散射，光学声子模式的贡献显着大于那些从声学声子模式在第IV族元素单层，和LA和一些特定的光学声子模式的总谷内散射的贡献显着。当掺杂增加且允许谷间散射时，Si、Ge和Sn单层薄膜的谷间散射远强于谷内散射，ZA/TA/LO声子模主导谷间散射。总谷间散射的主要贡献是ZA/TO在单层P，ZA/TO在单层As和TO/LO在单层Sb的充分的电子-声子耦合的研究基础上，我们准确地预测在这两个元素晶体中的载流子迁移率和热电优图，并揭示显着减少时，与广泛使用的简化模型的基础上的计算相比。
2020-10-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric properties of $β$-FeSi$_{\text2}$
我们利用第一性原理电子结构和玻尔兹曼输运计算研究了$β$ -FeSi $_{\text2}$的热电性质.我们报告了在宽的载流子浓度范围内\textit{p}和\textit{n}型$β$ $_{\text2}$的高热电势，并且另外发现\textit{n}型的性能高于\textit{p}型。我们的研究结果表明，根据温度，3 $\times10{^{20}}$ - 2 $\times10{^{21}}$ cm ${^{-3}}$的掺杂水平可以优化热电性能。
2013-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Microscopic origin of the excellent thermoelectric performance in n-doped SnSe
已经在实验上观察到层外n掺杂的SnSe中的优异热电性能（Chang等人，Science 360，778-783（2018））。然而，支配所有热电输运性质的主要散射机制的第一性原理调查是缺乏的。在目前的工作中，通过应用广泛的电子-声子耦合的第一性原理计算与电离杂质的散射的计算，我们调查背后的优越的品质因数，以及在600 K以上的增强zT的n掺杂的层外的SnSe的原因，相比，p掺杂的SnSe具有类似的载流子密度。对于n掺杂的情况，弛豫时间由电离杂质散射主导，并随温度增加，这一特征在较高温度下保持功率因数在高值，同时导致零电流（k_el）下的载流子热导率在较高温度下更快地降低，导致在807 K下的超高zT = 3.1。我们合理化所起的作用，k_el和k^0（由于载流子输运在等电化学条件下的热导率）在确定zT。我们的结果表明，k^0和晶格热导率之间的比值确实对应于zT的上限，而计算的zT和上限之间的差异与k_el成正比。
2021-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Optical investigation of thermoelectric topological crystalline insulator Pb$_{0.77}$Sn$_{0.23}$Se
Pb $_{0.77}$ Sn $_{0.23}$ Se是由PbSe和SnSe两种有前途的热电材料组成的新型合金，在300 K以下表现出温度依赖的带反转。最近的工作表明，这种能带反转也符合平凡到非平凡的拓扑相变。为了理解热电效率的关键属性如何受到能带反转的影响，我们测量了Pb $_{0.77}$ Sn $_{0.23}$ Se的宽带光学响应作为温度的函数。我们发现明确的光学证据的带反转在$160\pm15$ K，并使用扩展的Drude模型，以准确地确定一个$T^{3/2}$依赖的体载流子寿命，与电声声子散射。由于高的体载流子掺杂水平，没有发现拓扑表面状态的区别签名，尽管它们的存在不能从我们的数据中排除。
2014-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Leveraging Electron-Phonon Interaction to Enhance Thermoelectric Power Factor in Graphene-Like Semimetals
电子-声子相互作用（EPI）可能对半导体的热电性能有害，因为它限制了载流子的迁移率。在这里，我们表明，增强的EPI具有很强的能量依赖性提供了一个内在的途径显着增加的塞贝克系数和热电功率因数，特别是在二维（2D）石墨烯类狄拉克带的背景下。该增加通过经由电子/空穴载流子的优先散射实现电子能量过滤来实现。我们证明了这一概念，通过实施国家的最先进的第一性原理计算方法，明确治疗EPI的二维无隙MOS $_{2}$同素异形体，它既有无质量狄拉克带和重费米子状态，作为过滤器。我们确定的最佳位置的重态，因此发病的过滤过程是在狄拉克点。我们的研究开辟了一条新的途径，通过在石墨烯类半金属中设计EPI或识别本质上具有特征电子结构的新化合物来获得功率因数。
2019-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Extraordinary thermoelectric performance of ABaX compared to Bi$_2$Te$_3$
热电材料可以直接利用热量发电，因此，它们被认为是生态友好的能源。低温下的热电效率小得不切实际，只有少数块体材料（Bi $_2$ Te $_3$及其合金）除外。在这里，我预测了两个新的热电材料，LiBaSb和NaBaBi，具有优异的输运性能在低-中温的第一性原理方法。在费米能级附近相对较低的态密度，高度非抛物线带，以及NaBaBi的带隙几乎是Bi2Te3的两倍，导致在300 K时的各向异性功率因子几乎是Bi2Te3的两倍。另一方面，几乎相似的声子态密度和NaBaBi的非谐性导致几乎相同的晶格热导率（但LiBaSb的热导率要高得多）。这些效应使其成为一种优良的热电材料，对于n型和p型载流子，在300 K时具有预测的交叉平面（面内）ZT~2（~1），在350 K时甚至更高（对于p型为~2.5）。另一方面，在350K时，对于n型和p型载流子，NaBaBi的各向同性最大ZT分别为~1.2和1.6。然而，LiBaSb不太适合低温TE应用，因为其相对较宽的带隙和高的晶格热导率。
2020-09-18 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Electron-Phonon Interaction and Ionized Impurity Scattering on the Room Temperature Thermoelectric Properties of Bulk $MoSe_2$
本文采用第一性原理计算，在室温下研究了体材料$MoSe_2$在弛豫时间近似下的热电性质，包括电子-声子相互作用和电离杂质相互作用。通过计算电子在交叉面和面内方向的迁移率，研究了这种二维层状金属二硫属化物的各向异性。我们表明，跨平面迁移率比平面内迁移率小两个数量级。范德华相互作用的包含进一步降低了在跨平面方向上的载流子迁移率，但对平面内的载流子迁移率的影响最小。面内电迁移率和电导率的结果与实验报道的值表明计算的准确性是密切一致的。Seebeck系数的计算表明，该系数主要由能带结构决定。弛豫时间和包含范德华相互作用的细节只稍微改变塞贝克系数。当载流子浓度为$1.5x10^{20}$ $cm^{-3}$时，面内热电功率因数在300 K时达到最大值20 $μWcm^{-1}K^{-2}$。
2022-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous dependence of thermoelectric parameters on carrier concentration and electronic structure in Mn-substituted Fe2CrAl Heusler alloy
研究了Heusler合金Fe_（2-x）Mn_xCrAl（0<x<1）的高温热电性能。与母合金相比，在Fe位（x = 0.25）处取代12.5%Mn导致高温电阻率（\r{ho}）的显著增加和塞贝克系数（S）的增强。然而，当Mn的浓度增加到0.25以上时，注意到两个参数的量值的系统性递减。这些观察结果已被归因于（从理论分析）的带隙和电子结构的Fe 2CrAl与Mn取代的变化。由于不存在质量波动和晶格应变，在该系列Heusler合金中没有观察到热导率的显著变化。此外，S急剧改变其大小，随着从负到正的交叉超过900 K，这已被归因于在高温制度下空穴对电子的主导地位。在这一系列合金中，S和\r{ho}表现出强烈的依赖于载流子浓度和Fe/Mn和Cr原子之间的d-d杂化强度。
2021-07-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Exciton/free-carrier plasma in GaN-based quantum wells: Scattering and screening
在低密度（玻尔兹曼）极限下计算了二维电子空穴等离子体的电离度。电子-空穴相互作用被认为是所有状态：光学活性和非活性，绑定和未绑定。该理论适用于激子/自由载流子等离子体在GaN基量子阱在室温下。
2001-11-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Determination of the carrier diffusion length in GaN from cathodoluminescence maps around threading dislocations: fallacies and opportunities
我们从理论和实验两方面研究了与GAN{0001}表面相交的刃形位错应变场中激子的漂移、扩散和复合。我们计算并测量了温度在10到200 K之间的位错露头周围的高光谱阴极发光图。与通常的看法相反，阴极射线发光强度对比度仅受激子扩散的微弱影响，但主要是由位错露头处的压电场中的激子解离引起的。因此，发光图中位错周围黑点的延伸不能用于确定激子扩散长度。然而，阴极射线发光的能量对比，反映了当地的带隙变化的位错应变场，不敏感地依赖于激子扩散长度，因此使其实验测定。
2019-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Optoelectronic and Thermoelectric Properties of High-Performance AlSb Semiconductors
S.U. Umarov Physical-Technical Institute of NAST（S.U. 乌马罗夫物理技术研究所 (NAST)）；School of Optoelectronic Engineering & CQUPT-BUL Innovation Institute, Chongqing University of Posts and Telecommunications（重庆邮电大学光电工程学院及CQUPT-BUL创新学院）；Tajik National University（塔吉克斯坦国立大学）
本文通过第一性原理研究AlSb在立方和六方相的光电及热电性质，揭示其带隙、光学响应及热电性能，强调Sb d电子效应的准确处理对预测性能的重要性。
2026-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Effect of charged impurities on graphene thermoelectric power near the Dirac point
在具有不同程度的无序的石墨烯器件中，其特征在于它们的载流子迁移率和最小电导率，我们研究了在宽温度范围内的热电功率以及电导率。我们已经发现，莫特关系失败的狄拉克点附近的高迁移率石墨烯。通过适当地考虑高温效应，我们得到的玻尔兹曼输运理论和我们的实验数据之间的良好协议。在低迁移率石墨烯中，其中带电杂质诱导相对高的残余载流子密度，莫特关系在所有栅极电压下成立。
2011-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced thermoelectric properties of coaxial Bi2Te3/Sb2Te3 nanostructures studied by theoretical modeling
采用单载流子口袋和锐界面假设，对一维同轴Bi 2 Te 3/Sb 2 Te 3纳米复合材料的Seebeck系数、电导率、热导率和品质因数ZT等关键热电参数进行了模拟。采用Landauer近似代替了常用的Boltzmann输运方程（BTE），数值计算得到了用于评价热电性能的传输函数。通过模拟和数值计算，得到了ZT的显著提高，并研究了热电性能与结构参数的关系。最后，在最大功率条件下的效率，这个一维系统也进行了研究。
2011-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Carrier diffusion in GaN -- a cathodoluminescence study. I: Temperature-dependent generation volume
通过阴极发光成像确定GAN和GaAs等半导体的载流子扩散长度需要准确了解所产生载流子的空间分布。为了获得所产生的载流子的横向分布的样品温度在10和300 K之间，我们利用阴极发光强度分布测量跨单量子阱嵌入厚GAN和GaAs层。薄的（Al，Ga）N和（Al，Ga）As势垒分别防止载流子在GAN和GaAs层中扩散到达阱，这将加宽分布。实验阴极射线发光的配置文件被发现是系统的宽比通过蒙特卡罗程序CASINO计算的能量损失分布，随着温度的降低，与宽度单调增加。对于GAN和GaAs都观察到这种效应，并且在更高的加速电压下变得更加明显。我们讨论了这一现象的两个方面，控制热载流子的能量弛豫的电子-声子相互作用，和初始载流子分布的形状。最后，我们提出了一个唯象的方法来模拟载流子产生量，可用于调查的载流子扩散的温度依赖性。
2021-11-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ge doping of GaN beyond the Mott transition
我们提出了一个研究的锗作为n型掺杂的纤锌矿GAN薄膜生长的等离子体辅助分子束外延，达到载流子浓度高达6.7E20 cm-3，在300 K，远远超过莫特密度。发现Ge浓度和自由载流子密度在所研究的范围内与Ge通量成线性比例。所有的GAN：Ge层都呈现出光滑的表面形貌，没有任何凹坑或裂纹，并且样品的镶嵌性与Ge浓度没有明显的依赖关系。GAN：Ge带隙随载流子浓度的变化与电子-电子、电子-离子相互作用和Burstein-Moss效应引起的带隙重正化理论计算结果一致。
2016-07-08 cond-mat.mtrl-sci
High-temperature oxide thermoelectrics
我们使用Heikes公式和Ioffe-Regel电导率计算了过渡金属氧化物在高温下的功率因数。评估的功率因数被发现是几乎独立的载流子浓度在很宽的掺杂范围内，以及解释钴氧化物的实验数据。这表明热功率大于$2k_B/e$时可以获得相同的功率因数，并且还表明无量纲品质因数$ZT$的值相当高。我们提出了一种氧化物热电发电机，其使用具有大于300 $μ$ V/K的热电势的材料。
2011-07-13 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
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
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
Probing the carrier dynamics of polymer composites with single and hybrid carbon nanotube fillers for improved thermoelectric performance
碳纳米管（CNT）在聚合物基质中的掺入为先进热电（TE）复合材料的开发提供了一个很好的平台。多年来，已经研究了几种CNT/聚合物复合材料配方，以最大限度地提高TE性能。同时，一些研究集中在CNT本身内的带电激子的衰减动力学和由此衍生的结构，旨在研究自由载流子的寿命和相应的复合过程。后一种物理现象在各种类型的能量转换和清除材料的性能中起着至关重要的作用。然而，到目前为止，还没有系统的研究组合的TE参数和关键的载流子动力学CNT内含有TE聚合物复合材料。在此，通过小规模熔融混合制备了基于聚碳酸酯（PC）和聚醚醚酮（PEEK）聚合物基体的具有单一和混杂CNT填料的各种复合材料。在相同的负载量下，与使用混合填料系统相比，在PC中添加单一填料导致更高的塞贝克系数和相似的电导率。相比之下，在PEEK复合材料中使用混合填料系统，可以达到比单一填料复合材料更高的功率因数。此外，利用超快激光时间分辨瞬态吸收光谱（TAS）研究了PC基复合材料的激子寿命和TE薄膜中自由载流子输运的物理起源。这项研究的结果揭示了有趣的TE参数和获得的载流子动力学之间的联系。
2022-08-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ultrafast carrier relaxation in GaN, In_(0.05)Ga_(0.95)N and an In_(0.05)Ga_(0.95)/In_(0.15)Ga_(0.85)N Multiple Quantum Well
室温下，波长非简并超快泵浦/探测测量进行GAN和InGaN外延层和InGaN多量子阱结构。载流子弛豫动力学作为激发波长和强度的函数进行了研究。由于载流子再分布和量子阱捕获的光谱分辨亚皮秒弛豫被发现敏感地依赖于泵浦激发的波长。此外，对于高于100微J/cm 2阈值的泵浦强度，所有样品都表现出由受激发射（SE）引起的额外发射特征。在泵浦-探测数据中，SE被证明为加速弛豫（< 10 ps），从根本上改变了载流子的重新分布。一旦SE和载流子重新分布完成，GAN和InGaN外延层的慢弛豫高达1 ns，MQW样品为660 ps，表明载流子通过自发发射复合。
2002-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
