Realizing record-high transverse thermoelectric figure of merit at room temperature in artificially tilted multilayers based on high power factor NiFe alloy
National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）；University of Tsukuba（筑波大学）；The University of Tokyo（东京大学）；Resonac Corporation（瑞萨科株式会社）
该研究基于高功率因数NiFe合金设计人工倾斜多层膜，在室温无外磁场下实现创纪录的横向热电优值zᵧₓT=0.36，为室温横向热电材料的实用化奠定基础。
2026-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Mg$_{3+δ}$Sb$_x$Bi$_{2-x}$ family: A promising substitute for the start-of-art n-type thermoelectric materials near room temperature
半个多世纪以来，Bi 2 Te 3-xSex系列热电材料一直是近室温n型热电材料的先驱，在近室温的主动冷却和新型波收集应用中占据主导地位，但其脆性和含Te的缺点限制了其进一步的应用探索。在这里，我们表明，Mg 3 +δ SbxBi 2-x家族（（ZT）平均值=1.05）可能是一个有前途的替代Bi 2 Te 3-xSex家族（（ZT）平均值=0.9-1.0）在50-250 °C的温度范围内的热电性能相当的基础上，通过协同效应从可调带隙使用合金效应和可抑制Mg空位形成使用填隙Mn掺杂剂。前者是将最佳热电性能移到RT附近，后者有助于部分解耦电输运和热输运，以获得最佳RT功率因数。带隙的正温度依赖性表明，该家族也是一个优越的中温热电材料的显着抑制双极效应。此外，与Bi 2 Te 3-xSex家族相比，机械韧性高两倍，巩固了在RT附近的最新n型热电材料的有前途的替代品。
2018-12-03 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
Thermoelectric characterization of fine-grained Ti5O9 Magneli phase ceramics
采用热压法制备了晶粒尺寸为200 nm的Magneli相Ti 5 O 9陶瓷。从室温到1076 K，研究了这些陶瓷的热电性能.我们表明，实验的电导率随温度的变化遵循一个小极化子模型和塞贝克系数可以解释由一个依赖于温度的Heikes-Chaikin-Beni模型。在1076 K时，该纳米陶瓷材料的热电优值ZT达到0.3。
2016-02-24 cond-mat.mtrl-sci
Strong impact of grain boundaries on the thermoelectric properties of non-equilibrium synthesized p-type Ce1.05Fe4Sb12.04 filled skutterudites with nanostructure
通过在压力下将非晶薄带快速转变为晶化颗粒，合成了p型Ce_（1.05）Fe_（12.04）填充方钴矿，并对其热电性能进行了研究。据发现，这一过程大大抑制晶粒生长和第二相的形成/偏析，并因此在样品中的纳米尺寸的晶粒与强耦合晶界组成的结果，通过透射电子显微镜观察。在这些样品中的室温载流子迁移率是显着更高的（近两倍）比那些在相同的起始组合物的样品，通过常规的固态反应。纳米结构降低了晶格热导率，而更清洁的晶界允许更高的电子传导。
2010-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Impact of hole-doping on the thermoelectric properties of pyrite FeS2
本文通过第一性原理计算发现空穴掺杂FeS2具有高室温热电势（608 μV/K），但电导率低且晶格热导率高，导致ZT值低于0.1，表明其热电应用潜力有限。
2024-11-07 cond-mat.mtrl-sci
Nanostructured Zinc Oxide as a Prospective Room Temperature Thermoelectric Material
采用高能行星式球磨机球磨10小时制备纳米氧化锌。用X射线衍射（XRD）和场发射扫描电镜（FE-SEM）对样品的相纯度和均匀性进行了表征。所有的衍射峰均归属于六方对称的六方相ZnO（空间群P63 mc）。观察到平均微晶尺寸为20 nm。在室温下，与体积值相比，热导率（κ）有约50倍的显著抑制。这暗示了纳米ZnO作为一种有前景的室温热电材料的可能性。
2012-08-17 cond-mat.mes-hall 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
Machine Learning-Assisted 3D Printing of Thermoelectric Materials of Ultrahigh Performances at Room Temperature
本文提出机器学习辅助的挤出打印方法，通过高通量实验与贝叶斯优化协同搜索墨水配方和打印参数，打印出室温zT达1.3的BiSbTe基热电材料，为复杂三维热电材料与器件制造提供了通用策略。
2024-07-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Significant low lattice thermal conductivity and potential high thermoelectric figure of merit in Na$_2$MgSn
热电材料能够收集废热并直接转化为电能。在寻找高效热电材料的过程中，材料的低热导率是必不可少的和关键的。本文基于密度泛函理论和线性化Boltzmann方程的单模弛豫时间近似，对层状金属间化合物Na $_2$ MgSn和Na $_2$ MgPb的晶格热导率和热电性能进行了理论研究。结果发现，这两种材料具有非常低的和各向异性的固有晶格热导率。尽管Na $_2$ MgSn具有非常低的质量密度和简单的晶体结构，但其在室温下沿$a$和$c$轴的晶格热导率分别仅为1.75和0.80 W/m $\cdot$ K。当Sn被重元素Pb取代时，室温下沿$a$和$c$轴的晶格热导率分别显著降低到0.51和0.31 W/m $\cdot$ K。我们发现，这两种材料的低晶格热导率主要是由于它们的声子寿命很短，大致在0.4至4.5 ps之间。结合以往的实验测量，金属Na $_2$ MgPb不可能是一种良好的热电材料。然而，我们预测半导体Na $_2$ MgSn是一种潜在的室温热电材料，在300 K时具有相当大的$ZT$ 0.34。我们的计算不仅表明金属间化合物Na $_2$ MgSn是一种很有潜力的热电材料，同时也为简单层状金属间化合物的热电研究提供了理论和实验依据。
2018-07-17 cond-mat.mtrl-sci
Reduction of phonon mean free path: from low temperature physics to room temperature applications in thermoelectricity
通过减小声子平均自由程来降低热导率是提高热电材料电流性能的最佳途径之一。通过测量纳米线和薄膜的热导率和热导率，我们展示了从低温到室温实验中增加声子散射的不同方法。它示出，玩的几何形状（收缩，周期性结构，纳米夹杂物），从弹道的扩散限制，声子的热输运可以严重改变在单晶半导体结构;声子的平均自由程被减少的后果。热电性能的各种影响将最终讨论。
2016-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric Properties of Intermetallic Semiconducting RuIn3 and Metallic IrIn3
报道了半导体RuIn 3和金属IrIn 3的低温（<400 K）热电性能。RuIn 3是一种窄带隙半导体，在室温下具有大的n型Seebeck系数（S（290 K）~400 μV/K），但由于电阻率和热导率较高（κ（290 K）~ 2.0 W/m K），热电优值（ZT（290 K）= 0.007）较小。IrIn 3是一种在室温下具有低热电势（S（290 K）~20 μV/K）的金属。钌位置上的铱取代对输运性质具有显著影响，这导致功率因数和相应的品质因数（ZT（380 K）= 0.053）的大的改善，从而将材料的效率提高了超过一个数量级。
2013-01-22 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
Lateral transition metal dichalcogenide heterostructures for high efficiency thermoelectric devices
本文在多尺度量子输运框架下研究了横向TMDC异质结构的热电性能，发现其能带排列可显著提升ZT值和功率因子，为开发超高效平面热电器件开辟了新途径。
2020-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Large thermoelectric power factors in black phosphorus and phosphorene
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了层状黑磷（black-P）及其单层磷烯的电子性质.室温下的电子输运系数内的半经典玻尔兹曼理论进行了评估。电导率表现出各向异性的行为，而塞贝克系数几乎是各向同性的。在最佳掺杂浓度和室温下，体相黑P和磷烯的热电功率因数分别为118.4和138.9 μWcm-1 K-2。通过适当的n型掺杂，可以在体黑-P中实现0.22的最大无量纲品质因数（ZT值），这主要受到可还原晶格热导率的限制。对于磷烯，用体晶格热导率保守估计ZT值可达0.30。我们的研究结果表明，无论是散装黑P和磷烯是潜在的有前途的热电材料。
2014-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Observation of room temperature intrinsic nonlinear thermoelectric effects in low-dimensional semimetals
Zernike Institute for Advanced Materials, University of Groningen（格罗宁根大学泽尔尼克高级材料研究所）
研究低维半金属中室温本征非线性热电效应，利用梯度反转技术谐波检测，在$T_\mathrm{d}$-WTe$_2$和TaIrTe$_4$中实现，解析二阶热电张量分量，证明相关贡献支配响应，为探索高阶热到电荷电流转换提供平台。
2026-07-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Large Thermoelectric Power Factor at Low Temperatures in One-Dimensional Telluride Ta4SiTe4
我们报道了在一维碲化物Ta_4SiTe_4晶须晶体中发现了超过-400 microV K ~（-1）的非常大的热电势，同时保持了ρ = 2 mohm cm的低电阻率，在130 K的最佳温度下产生了P = 80 microW cm ~（-1）K ~（-2）的非常大的功率因数。该温度通过化学掺杂从50 K的低温温度到室温被广泛地控制，导致在220-280 K处的最大P为170 microW cm-1 K-2。这些P值远远超过室温附近的Bi 2 Te 3-Sb 2 Te 3合金，为实现低温下的实用级热电冷却提供了途径。一维电子结构和狄拉克半金属附近的极小带隙的共存可能是导致Ta 4SiTe 4具有很大功率因数的原因，这表明“一维狄拉克半金属”是寻找高性能低温热电材料的一条很有前途的途径。
2017-05-01 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
Thermoelectric Penta-Silicene with a High Room-Temperature Figure of Merit
硅是纳米技术中最常用的化学元素之一。自2015年以来，二维（2D）硅烯（石墨烯的硅类似物）已经很容易获得用于制造场效应晶体管。近年来，作为硅烯家族的新成员，五硅烯及其纳米粒子被实验性地生长在Ag（110）表面上，具有奇异的电子性质。然而，五硅烯的热电性能尚未研究到目前为止，这将阻碍其潜在的应用，从废热发电和固态珀耳帖冷却器。基于玻尔兹曼输运理论和从头计算，我们发现，penta-silicene显示出显着的室温优值系数ZT为3.4和3.0，在可达的空穴和电子浓度，分别。我们将这种高ZT归因于优越的布丁模电子能带结构和超低的晶格热导率。这一发现为五边形纳米结构的输运性质提供了新的见解，并突出了室温下热电材料的潜在应用。
2020-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Positional disorder of Ba in the thermoelectric germanium clathrate Ba6Ge25
用X射线衍射和原子对分布函数技术研究了Ba_6Ge_（25）在40K和室温下的局域结构。没有证据表明Ba6Ge25中的三种Ba原子中有两种在低温下会偏离它们的位置并被锁定在分裂位置。
2003-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Bi Substitution on Thermoelectric Properties of SbSe2-based Layered Compounds NdO$_{0.8}$F$_{0.2}$Sb$_{1-x}$Bi$_x$Se$_2$
虽然SbSe 2基层状化合物被预测为高性能热电材料和拓扑材料，但迄今为止，实验获得的这些化合物大多是绝缘体。本文研究了Bi取代对SbSe_2基层状化合物Nd_（0.8）F_（0.2）Sb_（1-x）Bi_xSe_2（x = 0-0.4）热电性能的影响。当x = 0.4时，室温电阻率降低到8.0 * 10^-5 ohmm。在660 K时计算出的电功率因数为1.4 * 10^-4 W/mK^2，这与Jonker和Ioffe的综合分析结果相当吻合。室温晶格热导率小于1 W/mK几乎与x无关，与传统合金的点缺陷散射模型相反。目前的工作提供了一个途径，探索SbSe 2基绝缘和BiSe 2基导电系统。
2019-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric power of bulk black-phosphorus
对块体黑磷热电材料的热电应用潜力进行了实验研究。在300 K至385 K的温度范围内测量了塞贝克系数（S），发现在室温下S = +335 +-10 uV/K（表明自然存在的p型导电性）。S随温度增加，如对于p型半导体所预期的，这可以归因于载流子密度的增加。在研究的温度范围内加热时，电阻下降高达40%。因此，在385 K下的功率因数比室温下的功率因数高2.7倍。这项工作证明了黑磷在热电应用中的可行性，例如热能清除，这通常需要在高于室温的温度下具有高性能的设备。
2015-01-26 cond-mat.mes-hall 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
Enhanced magnetic and thermoelectric properties in epitaxial polycrystalline SrRuO3 thin film
过渡金属氧化物薄膜显示出通用的电、磁和热性能，其可以通过经由多晶固体有意地引入宏观晶界来定制。在这项研究中，我们专注于修改的磁性和热输运性能的制造单和多晶外延SrRuO3薄膜，使用脉冲激光外延。采用原子级平坦的多晶SrTiO_3衬底外延稳定化技术，实现了每个晶粒的结晶质量与单晶对应物的结晶质量相当的外延多晶SrRu_3薄膜。特别是，减轻压缩应变附近的晶界，由于合并证明结构，这诱导增强的多晶外延薄膜的铁磁有序。与晶界相关联的结构变化进一步降低了热导率而不恶化电子输运，并且与它们的单晶对应物相比，导致外延多晶薄膜中增强的热电效率。
2018-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric Properties of Mg doped Mercury Selenide HgSe
采用密度泛函理论结合玻尔兹曼输运理论，系统研究了Mg掺杂浓度（x）对Hg 1-xMgxSe三元合金热电性能的影响。用Perdew-Burke-Ernzerhof广义梯度近似（GGA-PBE）描述交换关联势。推导并讨论了热电输运参数，如塞贝克系数（S）、弛豫时间热导率、弛豫时间电导率、功率因数（PF）和品质因数（ZT）。热电性能测试结果表明，所研究的材料可用于室温热电器件。研究还发现，Mg组分可以提高HgSe合金的热效率。
2023-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Figure of Merit in Bismuth-Antimony Fine-Grained Alloys at Cryogenic Temperatures
热电（TE）材料的研究在热能转换为电能和制冷应用中起着至关重要的作用。铋锑合金是一种很有前途的热电致冷材料。本文中，在低温（100- 150 K）下，由微米尺寸晶粒组成的熔纺n型Bi_（85）Sb_（15）块体样品获得了接近0.6的高品质因数ZT。所获得的ZT比多晶平均单晶的~0.4的ZT高近50倍，并且其也显著高于通常用于低温冷却应用的Bi-Te合金中在150 K以下测量的小于~0.3的ZT。改善的热电性能可以归因于从快速凝固实现的细晶粒微观结构，这不仅显著降低了热导率，而且减轻了偏析效应。用热盘法测得在100 K附近的热导率为1.5 W m-1 K-1。在双带有效质量模型下分析了这一有趣的半金属-半导体合金系统的热电性质。研究首次揭示了Bi-Sb合金的禁带宽度随温度的升高而逐渐变窄。这种Bi-Sb合金的磁热电效应进一步改善了TE性能，导致ZT为约0.7。在NdFeB/BiSb/NdFeB复合系统中进一步证实了磁TE效应。具有高ZT的BiSb磁体系统的紧凑性使得能够在热电冷却应用中利用磁TE效应。
2019-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Room-Temperature Polarity Control of the Anomalous Nernst Effect in a High-Magnetic-Anisotropy Topological Nodal-Line MnAlGe
National Institute for Materials Science (NIMS)（物质材料研究机构）；University of Tsukuba（筑波大学）；Hiroshima University（广岛大学）
研究人员通过Al/Ge组分调控，在保留高磁各向异性的拓扑节点线MnAlGe外延薄膜中实现了反常能斯特效应的室温极性控制，结合正负极性材料制备的器件可提升热电输出，为室温横向热电器件提供了新路径。
2026-08-20 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
Two-dimensional \b{eta}-phase copper iodide: a promising candidate for low-temperature thermoelectric applications
针对碲化铋基材料的局限性，本研究通过DFT结合玻尔兹曼输运理论研究单层β-CuI和γ-CuI的热电性能，发现单层β-CuI室温下最优zT值超1.50且具显著各向异性，是低温热电应用的潜在候选材料。
2024-12-05 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Facile and time-resolved chemical growth of nanoporous CaxCoO2 thin films for flexible and thermoelectric applications
CaxCoO 2薄膜可用于从室温自供电可穿戴应用（通过从体热收集功率）到从热表面收集能量（例如，热管），如果开发出成本有效且容易的生长技术。在这里，我们展示了一个时间分辨，简便和无配体的软化学方法生长纳米多孔的Ca 0. 35 CoO 2薄膜蓝宝石和云母基板从水基前体油墨，由原位制备的Ca 2 +-DMF和Co2+-DMF配合物。云母用作柔性基底以及用于膜转移的牺牲层。生长的薄膜是定向的，可以承受弯曲应力，直到弯曲半径为15 mm。尽管存在纳米孔，Ca0.35CoO2膜的功率因数被发现是高达0.50 × 10-4 Wm-1 K-2接近室温。本技术简单、快速，可能适合具有成本效益的工业升级。
2019-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Understanding the role and interplay of heavy hole and light hole valence bands in the thermoelectric properties of PbSe
PbSe的热电性能在最近几年有了显著的提高，达到了ZT 1.6的优值。空穴掺杂的高温热电材料PbSe的输运性质特别令人感兴趣，并且在其中起着关键作用。在这里，他们在很宽的温度和空穴浓度范围内进行了分析。实验中观察到的塞贝克系数和霍尔系数的变化的特殊功能，可以占内的两个频带模型的框架。两个价带分开的温度依赖的能量偏移被认为是。在室温下，轻空穴带的极值态密度质量为0.27mo。它是非抛物线和各向异性的，可以用凯恩模型来描述。重空穴带的极值是各向同性的抛物线型，态密度大得多，质量为2.5mo。我们发现，对于重掺杂的组合物的高质量带贡献的塞贝克系数，即使在室温下。随着温度的升高，空穴从轻空穴转移到重空穴分支，产生反常的温度依赖霍尔系数，在650K附近达到峰值。
2015-02-04 cond-mat.mtrl-sci
ErMn$_6$Sn$_6$: A Promising Kagome Antiferromagnetic Candidate for Room-Temperature Nernst Effect-based thermoelectrics
本文研究Kagome磁体ErMn$_6$Sn$_6$，发现其在反铁磁相中展现拓扑与反常能斯特效应，300 K和3 T下系数达1.71 μV/K，优于多数倾斜反铁磁材料，为室温能斯特热电设备提供候选。
2025-04-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Large Thermoelectric Power Factor in Whisker Crystals of Solid Solutions of the One-Dimensional Tellurides Ta4SiTe4 and Nb4SiTe4
一维碲化物Ta_4SiTe_4和Nb_4SiTe_4在室温以下表现出很高的热电性能。本文报道了Ta_4SiTe_4-Nb_4SiTe_4固溶体晶须晶体和Mo、Ti掺杂的（Ta_（0.5）Nb_（0.5））SiTe_4晶须晶体的合成及其热电性能。的固溶体的热电功率系统地增加与Ta含量的增加，而它们的电阻率是出乎意料的小。Mo和Ti掺杂的（Ta0.5Nb0.5）4SiTe 4表现出n-和p-型热电性能与大功率因数超过40 microW cm-1 K-2，分别。事实上，不仅Ta_4SiTe_4和Nb_4SiTe_4，而且它们的固溶体显示出高性能，这表明该系统是一个有希望的候选者，在低温下的热电应用。
2020-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Doping dependence of thermopower and thermoelectricity in strongly correlated systems
在体材料和纳米复合材料中，电子和声子输运的理论模型极大地帮助了对具有高热电优值的半导体的研究。最近的实验研究了通过掺杂莫特绝缘体而得到的“强相关”材料中的热电输运，莫特绝缘体在没有掺杂的情况下的绝缘行为是由电子-电子排斥引起的，而不是像半导体那样由能带结构引起的。在这里，一个统一的理论，在原子和``海克斯''限制的电和热的传输是适用于了解最近的运输实验钴酸钠和其他掺杂莫特绝缘体在室温及以上。为了获得最佳的电子填充，一大类窄带宽相关材料的功率因数（热电优值的电子部分）在室温和室温以上时与最好的半导体一样高。
2006-09-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Energy filtering enhancement of thermoelectric performance of nanocrystalline Cr-Si composites
研究了纳米晶Cr $_{\rm 1-x}$ Si $_{\rm x}$复合薄膜的热电性能。在原位热电势和电阻率测量中，退火使沉积态的非晶薄膜转变为平均晶粒尺寸为10- 20 nm的纳米晶。部分晶化薄膜是一种新型的非均质材料，其中的纳米晶相起着散射中心的作用，对薄膜的热电势有很大的贡献。我们表明，热电势增强与纳米颗粒界面上的载流子的能量相关的散射（能量过滤）。
2016-04-13 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced thermoelectric figure of merit in polycrystalline carbon nanostructures
碳纳米结构中经常观察到晶界，但它们对热和电性能的影响仍然没有完全了解。利用密度泛函紧束缚理论和非平衡格林函数相结合的方法研究了碳基体系中电子和声子的输运。在这项工作中，量子输运和热电性能的石墨烯片，石墨烯纳米带和碳纳米管的各种晶界类型在一个较宽的温度范围内进行了总结。受先前发现的无序散射声子比电子更有效的启发，预期多晶系统的热电性能会有显着改善。由于该效应对晶界类型略微敏感，我们证明晶界是一种可行的工具，可以大大提高品质因数，为新型热电材料的设计铺平道路。
2015-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Monolayer enhanced thermoelectric properties compared with bulk for BiTeBr
纳米结构被认为是获得优异热电性能的有效途径。本文采用第一性原理计算和半经典Boltzmann输运理论相结合的方法，研究了BiTeBr体材料和单层材料的热电性质，包括电子输运和声子输运。电子部分采用广义梯度近似（GGA）加自旋轨道耦合（SOC），声子部分采用GGA。研究发现，由于SOC对能带结构有明显的影响，SOC对电子输运系数有重要的影响。在p型掺杂中，单层材料在较宽的掺杂范围内具有比体材料更大的塞贝克系数，这有利于获得优异的热电性能。计算得到的室温下体材料的平均晶格热导率为1.71 $\mathrm{W m^{-1} K^{-1}}$，与实验值1.3 $\mathrm{W m^{-1} K^{-1}}$接近。计算结果表明，单层材料具有比块体材料更好的$ZT_e$和更低的晶格热导率，表明单层材料具有比块体材料更好的热电性能。由于声子寿命较短，单层材料的晶格热导率比体材料低。通过比较体相电导率的实验值和计算值，确定了$\times$ $10^{-14}$的散射时间为3.3 s。基于电子和声子输运系数，计算了体材料和单层材料的热电优值$ZT$。结果表明，室温下，单层膜的$ZT$峰值比体膜高，n型掺杂时单层膜的$ZT$峰值可达0.55，p型掺杂时单层膜的峰值可达0.75。这些结果表明，单层BiTeBr可能是一个潜在的二维（2D）热电材料，这可以刺激进一步的实验工作，合成单层BiTeBr。
2017-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric performance in electron and hole doped PtSb$_2$
采用密度泛函理论研究了电子和空穴掺杂PtSb $_2$的热电性质。我们的研究结果表明，对于掺杂的0.04孔每单元电池（1.5 $\times10^{20}$ cm $^{-3}$）的PtSb $_2$显示出高的塞贝克系数在室温下，这也可以实现在其他温度下通过控制载流子浓度（电子和空穴）。当掺杂超过约0.20个电子/空穴/晶胞时，电导率变得与温度无关。在800 K时，电子和空穴掺杂的PtSb $_2$的优值分别为0.13和0.21。在一定的掺杂水平下，预测了具有相同基质材料的热电效率。
2014-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Ultra-low lattice thermal conductivity of MgPb$_2$Te -- A first principles study
热电技术是一种将废热转化为电能的有效利用能源的替代方法。热电材料要求材料具有较低的热导率，以提高其热电性能。本文通过第一性原理计算求解玻尔兹曼输运方程，得到了纯MgPb $_2$ Te在c轴和a轴方向的超低室温热导率分别为2.08 Wm $^{-1}$ K $^{-1}$和2.9 Wm $^{-1}$ K $^{-1}$.为了解释这种超低热导率，我们分析了弹性常数，声子群速度，声子-声子散射和横向声学，纵向声学和光学声子分支的贡献。我们还报道了MgPb $_2$ Te纳米结构的热导率。在50 nm处，MgPb $_2$ Te的室温热导率沿c轴和a轴分别为0.957 Wm $^{-1}$ K $^{-1}$和1.459 Wm $^{-1}$ K $^{-1}$. MgPb $_2$ Te的超低热导率表明其在热电应用中具有广阔的应用前景。
2021-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Large thermoelectric power factor of high-mobility 1T'' phase of transition-metal dichalcogenides
近年来对单层过渡金属二硫属化合物的实验研究表明，这类化合物不仅存在1H相，而且存在许多具有独特物理性质的亚稳相。本文采用第一性原理计算和玻尔兹曼输运理论，以1T "相为研究对象，系统地研究了MX2（M = Mo，W; X = S，Se，Te）的电子结构和输运性质.其中，只有三种钼化合物在K点处具有较小的直接带隙，这是由于八面体配位畸变[MoS6]所致。对于这三种情况，室温下MoSe 2的空穴载流子迁移率估计为690 cm^2/Vs，远高于其他两种MoX 2。因此，适度的载流子有效质量和弱的电子-声子耦合的组合导致了MoSe 2优异的输运性能。MoSe 2的塞贝克系数在室温下也高达300 10 ^-6 V/K。由于迁移率T ^-1.9与温度有关，且低温下具有较高的塞贝克系数，因此发现MoSe 2在中低温范围内具有较大的热电功率因数，约为6 × 10 ^-3 W/mK ^2。本研究结果表明，1T "MoSe 2可能是一个很好的候选热电材料。
2019-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Limitations of zT as a Figure of Merit for Nanostructured Thermoelectric Materials
对热电纳米复合材料进行了数值研究。热电性能作为平均晶粒尺寸或纳米颗粒密度的函数进行检查，通过模拟测量，因为它们将在实验中完成。根据以前的理论和实验结果，我们发现，塞贝克系数，功率因数和品质因数，zT，可以增加纳米结构时，周围的晶界或嵌入的纳米粒子存在的能量障碍。然而，当我们模拟具有相同材料的热电冷却器的性能时，我们发现最大温差远小于给定zT的预期。没有电活性晶界的相同纳米复合材料具有较低的测量zT，但较高的最大冷却温度。解释了这些结果的物理原因。结果表明，zT作为电活性晶界的纳米复合材料的品质因数的局限性，并建议通过纳米结构化来提高热电材料的电性能的能力是有限的。
2019-07-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ab initio thermal conductivity of thermoelectric Mg$_3$Sb$_2$: evidence for dominant extrinsic effects
从第一性原理出发，通过精确求解玻尔兹曼方程，研究了候选热电材料Mg $_3$ Sb $_2$的晶格热导率。我们发现，观察到的电导率异常低是由于声子的晶界散射，而纯粹的非谐电导率是一个数量级更大。由于合金化和非化学计量的质量无序也被发现有助于显着减少。结合从头算值与样品尺寸与测量的晶粒尺寸分布，我们得到的估计$κ$与T的纳米多晶材料中的典型实验符合良好，并计算在各种情况下的ZT品质因数。
2018-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Fundamental and Progress of Bi2Te3-based Thermoelectric Materials
热电材料能够实现热能和电能之间的直接转换，是克服环境污染和即将到来的能源短缺的最有希望的候选人之一。Bi_2Te_3基合金是典型的室温附近工作的热电材料。通过大量的理论研究和实验验证，提高Bi2Te3基热电材料的热电性能已经取得了显著的进展。本文首先探讨了热电效应的基本原理，推导了热电特性方程。在此基础上，研究了材料参数对热电性能的影响。然后，我们分析了Bi2Te3基热电材料的特点，包括晶格缺陷，各向异性行为和在相对较高的温度下的强双极导电。然后，我们相应地总结了提高热电性能的策略，包括点缺陷工程，纹理对齐，带隙扩大。此外，我们强调了在降低热导率使用纳米结构制备的溶液生长法，球磨，熔融纺丝的进展。最后，通过模型分析揭示了Bi_2Te_3的各向异性行为及其增强机理，为更广泛材料的热电性能增强提供了启示。
2018-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Room-Temperature Skyrmion Thermopower in Fe3Sn2
我们提出了第一个室温下的skyrmion晶格的热电签名。这是在Fe3Sn2中观察到的，这是一种具有大量狄拉克费米子的Kagome狄拉克晶体，具有高温Skyrmion相。室温skyrmion晶格显示磁场依赖的波矢量，而热电势是由电子扩散机制为主，允许skyrmion气泡晶格检测。我们的研究结果铺平了道路，为未来的skyrmion为基础的设备的操纵的热梯度。
2020-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Potential 2D thermoelectric materials ATeI (A=Sb and Bi) monolayers from a first-principles study
大量的二维材料在理论上得到了预测，并在实验中得到了进一步的证实，在纳米电子、光电和热电器件中有着广泛的应用。本文基于半经典玻尔兹曼输运理论，系统地研究了ATeI（A=Sb和Bi）单层膜的热电性质。研究发现，自旋轨道耦合（SOC）对p型掺杂的电子输运系数有重要影响，而对n型掺杂的电子输运系数影响不大。SbTeI的室温薄片热导率为14.2 $\mathrm{W K^{-1}}$，BiTeI的室温薄片热导率为12.6 $\mathrm{W K^{-1}}$，其低于最公知的2D材料之一，例如过渡金属二硫属化物、IV-VI族、VA族和IV族单层。通过对群速度和声子寿命的分析，发现ATeI（A=Sb和Bi）单层的薄层热导很低主要是由于群速度小。结果表明，高频光路对总热导率的贡献很大，这与通常的光路贡献很小的情况有明显的不同。根据声子平均自由程（MFP）的累积晶格热导率，很难通过纳米结构进一步降低晶格热导率。最后，计算了ATe I（A=Sb和Bi）单分子膜的热电优值$ZT$。结果表明，p型掺杂比n型掺杂具有更好的热电性能，室温下，SbTeI的峰值$ZT$可达1.11，BiTeI的峰值可达0.87。这些结果使我们相信，ATeI（A=Sb和Bi）单分子膜可能是潜在的二维热电材料，并可以刺激进一步的实验工作，以合成这些单分子膜。
2017-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Improvement of Thermoelectric properties of Lanthanum cobaltate by Sr and Mn co-substitution
报道了Sr、Mn共取代LaCoO3体系从室温到700 K的热电性能。La位Sr和Co位Mn的取代提高了LaCoO3的电导率（σ）。所有样品的热导率（\k{appa}）随温度的升高而增加，但随LaCoO3的取代而降低。电子热导率（\k{appa} e）的估计表明，在这个系统中的热导率占主导地位的声子的贡献。La0.95Sr0.05Co0.95Mn0.05O3在480 K时的优值最大为0.14
2018-07-15 cond-mat.mtrl-sci
CoFeVSb: A Promising Candidate for Spin Valve and Thermoelectric Applications
本文从室温自旋电子学和热电应用的角度出发，对一种新型四元Heusler系统CoFeVSb进行了理论和实验研究。它以立方结构结晶，具有小的DO $_3$型无序。通过室温同步辐射X射线衍射（XRD）和扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）测量证实了无序的存在。磁化强度数据显示高有序温度，饱和磁化强度为2.2 $μ_B$ /f. u。电阻率测量反映半金属性质。双磁滞回线和非对称性的磁电阻（MR）数据揭示了室温自旋阀的特点，即使在300 K仍然保持稳定。霍尔测量结果表明，反常的行为与显着的贡献，从本征贝里相位。该化合物还具有大的室温功率因数（$\sim0.62$ mWatt/m/K $^{2}$）和超低的晶格热导率（$\sim0.4$ W/m/K），使其成为热电应用的有希望的候选者。从头计算表明，弱的半金属行为和减少磁化（与实验一致）在DO $_3$无序的存在下。我们还发现了一个积极竞争的铁磁（FM）/反铁磁（AFM）的界面结构内，否则FM矩阵：自旋阀行为的先决条件之一。在一个单一的系统中共存这么多有前途的功能是罕见的，因此CoFeVSb提供了一个肥沃的平台，以探索未来的许多应用。
2021-11-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Thermoelectric Performance of 2D Tellurium with Accumulation Contacts
碲（Te）是一种本征p型掺杂的窄带隙半导体，具有优异的导电性和低导热性。理论预测和实验证明，块体三角Te是一种具有高热电优值ZT的优秀热电材料。鉴于近年来二维碲薄膜的制备方法和纳米结构热电器件的发展趋势，本文首次报道了碲纳米薄膜优异的热电性能，其室温功率因数为31.7 μWcm-1 K-2，ZT值为0.63。为了进一步提高在纳米膜器件中收集热电功率的效率，利用激光作为加热源进行热电电流映射，并且我们发现高功函数金属（例如钯）可以形成与2D Te的稀有积累型金属-半导体接触，这允许更有效地收集热电产生的载流子。高性能热电2D Te器件在微系统中作为能量收集器件或纳米级Peltier冷却器具有广泛的应用。
2018-12-26 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced thermoelectric figure-of-merit in boron-doped SiGe thin films by nanograin boundaries
采用低压化学气相沉积法（LPCVD）制备了掺硼多晶硅锗（SiGe）薄膜，并在120 ~ 300 K温度范围内对其热电性能进行了表征。自然形成的晶界被发现在确定膜的电荷和热输运性质中起着至关重要的作用。特别是，独特的柱状晶粒结构导致了显著的热导率各向异性，SiGe薄膜的面内热导率比交叉面热导率低约50%。通过优化生长条件和掺杂水平，在300 K下获得了0.2的SiGe薄膜的高品质因数（ZT），这比p型SiGe合金的先前记录高出约100%，这主要是由于纳米晶界引起的面内热导率的显著降低。LPCVD的低成本和优异的可扩展性使得这些高性能SiGe薄膜成为薄膜热电应用的理想候选者。
2014-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Insulator-to-metal transition and large thermoelectric effect in La$_{1-x}$Sr$_{x}$MnAsO
我们报道了反铁磁绝缘体LaMnAsO中的Sr替代效应。在合成条件下，Sr掺杂极限为$x\sim$ 0.10，如通过X射线衍射所显示的。在Sr掺杂时，室温电阻率下降了五个数量级，下降到$\sim$ 0.01 $Ω\cdot$ cm，并且电阻率的温度依赖性对于$x\geq$ 0.08基本上显示出金属行为。Hall和Seebeck测量一致地证实绝缘体到金属的转变是由于空穴掺杂。引人注目的是，金属样品的室温塞贝克系数高达$\sim240 μ$ V/K，使该系统作为热电应用的可能候选者。
2011-11-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tuning the carrier concentration to improve the thermoelectric performance of CuInTe2 compound
采用密度泛函方法结合玻尔兹曼理论研究了CuInTe2黄铜矿的电子和输运性质。杂化泛函理论预测的禁带宽度为0.92 eV，与实验数据吻合较好，并导致其Seebeck系数比窄禁带热电材料的Seebeck系数大.通过微调载流子浓度，可以显著优化系统的电导率和功率因数。再加上固有的低热导率，CuInTe2化合物的ZT值可以提高到高达1.72，在850 K，这是明显大于实验测量的，这表明仍有空间，以改善黄铜矿化合物的热电性能。
2015-08-25 cond-mat.mtrl-sci
The driving force governing room temperature grain coarsening in thin gold films
研究了聚酰亚胺衬底上金膜在周期性单轴机械应变作用下的室温晶粒粗化。详细的电子背散射衍射分析表明，与剪切耦合晶界迁移模型的预测相反，晶粒粗化是各向同性的，粗化晶粒不表现出任何特定的晶体学取向或与相邻晶粒的取向差。结果表明，热力学模型的驱动力出现由于不同尺寸的晶粒之间的屈服应力的差异提供了一个足够的解释的实验数据。
2019-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Electron-phonon scattering and thermoelectric transport in $p$-type PbTe from first principles
我们提出了一个基于第一性原理的模型的电子-声子散射机制和热电输运在L和$Σ$谷在<200b>$p$型PbTe，占其热致位移。我们在室温下的所有热电输运参数的计算值是在很宽的掺杂浓度范围内的实验非常好的协议。在$p$型PbTe中，纵向光学声子散射是主要的散射机制，而横向光学模散射最弱。由于L谷和$Σ$谷之间的能量差异较大，L谷对300 K时的热电输运贡献最大。结果表明，L谷和$Σ$谷之间的散射以及$Σ$谷的附加输运通道对300 K时$p$型PbTe的整体热电性能都是有益的.因此，我们的研究结果支持的想法，高谷简并的材料可能是良好的热电。
2020-08-24 cond-mat.mtrl-sci
High-efficient thermoelectric materials: The case of orthorhombic IV-VI compounds
提高热电效率是材料科学面临的最大挑战之一。最近在简单的正交SnSe晶体中发现的优异的热电性能为这一前景提供了新的希望[Zhao等人，Nature 508，373（2014）]。基于第一性原理结合玻尔兹曼输运理论计算了正交晶系Ⅳ-Ⅵ族化合物GeS、GeSe、SnS和SnSe的热电性质，结果表明正交晶系SnSe的Seebeck系数、电导率和热导率与最近的实验结果一致.重要的是，与SnSe相比，GeS、GeSe和SnS表现出相当的热电性能。特别是GeS、GeSe和SnS的Seebeck系数在所研究的载流子浓度和温度范围内甚至比SnSe的更大。我们还使用Cahill模型来估计室温下的晶格热导率。大的Seebeck系数、高的功率因数和低的热导率使得这四种正交晶系IV-VI族化合物成为高效热电材料的有希望的候选者。
2015-05-11 cond-mat.mtrl-sci
