Enhanced Thermoelectric Properties in a New Silicon Crystal Si24 with Intrinsic Nanoscale Porous Structure
热电器件是一种很有前途的新一代能源解决方案，因为它能够将废热转化为有用的电能，这可以在具有高电导率和低热导率的材料中实现。最近合成的硅同素异形体Si $_{24}$具有高度各向异性的晶体结构，具有纳米尺寸的规则孔。在这里，基于第一性原理研究，没有任何经验参数，我们表明，轻微掺杂的硅$_{24}$可以提供一个数量级的增强热电优值在室温下，相比，立方金刚石相的硅。我们将这种增强归因于纳米孔阵列形成的固有纳米结构，它有效地阻碍了热传导，同时保持了导电性。这可以是增强热电品质因数而不进一步形成非本征纳米结构的可行选择。此外，我们提出了一个实用的策略，以进一步减少导热性，而不影响导电性，通过限制在孔隙中的喋喋不休的客体原子。
2018-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric La-doped SrTiO3 epitaxial layers with single-crystal quality: from nanometer to micrometer and mosaicity effects
高品质的热电LaxSr 1-xTiO 3（LSTO）层（这里与x = 0.2），厚度范围从20 nm到700 nm，已外延生长在SrTiO 3（001）衬底上的增强型固体源氧化物分子束外延。所有的膜都是原子级平坦的（均方根粗糙度< 0.2 nm），具有低镶嵌性（<0.1°），并且呈现非常低的电阻率（在室温下<5 x 10-4 ohm.cm），比商业Nb掺杂的SrTiO 3单晶衬底低一个数量级。在此厚度范围内的运输性能的守恒已被证实的热电测量，其中塞贝克系数约-60 microV/K已被发现的所有膜，因此。最后，给出了镶嵌性和（热）电性能之间的相关性。这些功能性LSTO膜可以集成在光微电子器件中的Si上作为透明导体、热电元件或非易失性存储器结构。
2017-03-28 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
Tuneable local order in thermoelectric crystals
虽然结晶固体的特征在于它们的周期性结构，但有些只是平均周期性的，并且在局部尺度上偏离。不同的局部排序可以存在相同的周期性结构，使其差异隐藏到正常的衍射方法。使用X射线散射，我们调查的热电半Heusler，Nb 1-xCoSb，具有高空位浓度，在当地秩序的迹象已被归因于化学计量的差异。我们表明，该组合物实际上总是非常接近x = 1/6，而不管名义上的样品组合物，和合成方法控制的地方秩序。的空位分布示出遵循空位排斥模型，和局部结构弛豫周围的空缺的特点。对局部结构的控制为调节材料性能提供了新的前沿。
2021-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Suppression of vacancies boosts thermoelectric performance in type-I clathrates
金属间化合物I型包合物作为有前途的热电材料继续吸引人们的注意。在这里，我们提出的结构和热电性能的单晶Ba 8（Cu，Ga，Ge，v）46，其中v表示空位。通过单晶X射线衍射的晶体没有Ga，我们找到了明确的证据，在结构中的6C网站的空位的存在。随着Ga含量的增加，空位被相继填充。这强烈地增加了载流子迁移率，甚至在小范围的Ga取代内，导致降低的电阻率和增强的热电性能。发现在900 K时的最大优值ZT =0.9的单晶的近似组成Ba8Cu4.6Ga1.0Ge40.4。该值在较高温度下可能进一步增加，是迄今为止在基于过渡金属元素的笼形物中发现的最大值之一。
2017-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric phonon glass electron crystal via ion beam patterning of silicon
离子束辐照是近年来功能材料设计的一种新方法。在这项工作中，我们表明，图案化的缺陷区域产生的离子束照射硅可以创建一个声子玻璃电子晶体（PGEC），热电的一个长期的目标。通过控制缺陷区域的有效直径和缺陷区域之间的间距，分子动力学模拟表明可以实现导热率降低$\approx$ 20倍。玻尔兹曼理论表明，热电功率因数在受损材料中基本上保持不变。为了方便玻尔兹曼理论，我们推导出一个解析模型的电子散射与圆柱形缺陷区域的基础上分波分析。我们一起预测，在室温下，这些硅超材料的最佳图案化几何形状的ZT $\approx$ 0.5或更高的品质因数。这些研究结果表明，纳米结构的图案化缺陷区域的晶体材料是一个可行的方法来实现PGEC，离子束照射可能是一个有前途的制造策略。
2017-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Direction dependent thermoelectric properties of layered compound In2Te5 single crystal
我们分析的各向异性的电和热输运测量在单晶In2Te5属于单斜空间群C12 C1的温度梯度施加平行和垂直于晶体的晶体学c轴。在整个温度范围内，发现沿着c轴热导率平行线的热导率比沿着垂直于c轴的方向的热导率小2倍。与此相反，沿c轴平行的塞贝克系数被发现是高于其值沿垂直于c轴的方向。在室温下，发现平行的品质因数ZT比垂直的品质因数ZT大4倍。
2021-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Iron Intercalated Covalent-Organic Frameworks: First Crystalline Porous Thermoelectric Materials
共价有机骨架（COFs）是设计功能分子材料的有趣平台。在这里，我们提出了一个计算研究的基础上范德华色散校正的混合密度泛函理论计算分析的材料性能的环硼氧烷连接和三嗪连接插层COFs。研究了Fe原子对插层COFs费米能级附近电子能带结构的影响。通过态密度（DOS）计算分析了这类插层COFs的材料特性。我们预测，COFs的电子性质可以通过在其结构中的两个有机层之间添加Fe原子来微调。这种新型COFs有望成为热电材料。这些插层COF提供了一种新的策略，以高度可控和可预测的方式在刚性多孔网络内创建热电材料。
2017-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Crystal Structure and Thermoelectric Transport Properties of As-Doped Layered Pnictogen Oxyselenides NdO0.8F0.2Sb1-xAsxSe2
报道了As掺杂的层状磷族硒氧化合物NdO0.8F0.2Sb1-xAsxSe 2（x < 0.7）的合成和热电输运性质，基于第一性原理计算预测其具有高性能的热电性质.这些化合物的晶体结构在室温下属于四氢呋喃P4/nmm空间群（No.129）。晶格参数c随着x的增加而减小，而a在样品中几乎保持不变。尽管As等价取代Sb，电阻率随x的增加而显著增加。在300和673 K之间的温度下观察到小于0.8 W/mK的非常低的热导率为所有检查的样品。对于As掺杂的样品，热导率在600 K以上进一步降低。温度相关的同步辐射X射线衍射表明，也发生在c轴长度在600 K左右，这可能与热输运性质的异常。
2020-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric Properties of Nanoscale three dimensional Si Phononic Crystal
研究了具有球形孔的n型纳米级三维Si声子晶体的热电性能。利用密度泛函理论和弛豫时间近似下的Boltzmann输运方程研究了电子输运系数、电导率、Seebeck系数和电子热导率。结果表明，在室温（300 K）下，3D Si PnC的电子输运系数与Si相比变化不大，电导率和热导率随载流子浓度的变化分别降低0.26 ~ 0.41和0.39 ~ 0.55，Seebeck系数与体Si相近.然而，具有球形孔的3D Si PnCs的晶格热导率通过分子动力学方法计算降低了500倍，导致ZT为0.76，这是多孔Si的约30倍。这项工作表明，3D Si PnC是一个有前途的候选人，高效率的热电材料。
2014-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Transport Properties of Cubic Crystalline Ge$_{2}$Sb$_{2}$Te$_{5}$: A Potential Low-temperature Thermoelectric Material
Ge $_{2}$ Sb $_{2}$ Te $_{5}$（GST）作为一种常用的相变材料已被广泛应用。在这项研究中，我们表明，它表现出高塞贝克系数200 - 300 $μ$ V/K在其立方晶相（$\it{c}$ -GST）在非常高的$\it{p}$型掺杂水平的$\sim$ 1 $\times$ 10 $^{19}$ - 6 $\times$ 10 $^{19}$ cm $^{-3}$在室温下。更重要的是，在低温（T = 200 K）下，发现对于掺杂范围1 $\times$ 10 $^{19}$ - 3.5 $\times$ 10 $^{19}$ cm $^{-3}$，塞贝克系数超过200 $μ$ V/K。考虑到该相中的晶格热导率已经被测量为极低（在300 K时$\sim$为0.7 W/m-K），\citep{r51}我们的结果表明使用$\it{c}$ -GST作为低温热电材料的可能性。
2015-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Unusual thermoelectric behavior of packed crystalline granular metals
松散堆积颗粒材料是目前研究的热点。电和热输运性质应该反映颗粒结构以及内在性质。我们压制了结晶$CaAl$基金属颗粒，并在15 - 300 K范围内研究了电阻率和热电功率随温度的变化（$T$）。这两个属性显示三个制度作为温度的函数。应当指出：（i）电阻率在15 K和235 K之间连续降低;（ii）具有各种依赖性，例如，在低$T$下的$\simeq$ $T^{-3/4}$，而（iii）热电功率（TEP）为正;（iv）在60 K附近显示凸点;以及（v）在低温下呈现相当不寻常的温度依赖性平方根。有人认为，这三个制度表明几何和热过程之间的竞争，其中一个理论似乎是失踪的情况下，TEP。微量化学分析结果也报告表明，这种二元合金的相图perimetracious错综复杂的固有的复杂的微观结构。
2004-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Remarkable thermoelectric performance in BaPdS$_2$ via pudding-mold band structure and ultralow lattice thermal conductivity
高效的热电材料需要材料特性的罕见和禁忌的组合：大电导率，大塞贝克系数和低热导率。实现前两种性质的一种策略是通过在晶体动量空间的不同区域中包含平坦部分和色散部分的低能电子带，称为布丁模能带结构。在这里，我们说明，BaPdS $_2$成功地实现了布丁模具能带结构，有助于一个大的热电功率因数，由于其各向异性的晶体结构包含锯齿形链的边缘共享正方形平面PdS $_4$单元。此外，BaPdS $_2$表现出超低的晶格热导率，并因此也实现了第三种性质，这是由于其横向声学声子分支中的极软和非谐相互作用。我们预测一个非常大的热电品质因数，峰值在2和3之间的两个三个结晶方向，这表明BaPdS $_2$值得实验研究。
2018-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced thermoelectric properties of NaxCoO2 whisker crystals
通过非常规方法从含钾成分中生长了热电钴氧化物单晶晶须NaxCoO 2，并测定了它们的传输性能和化学组成。通过热重分析对生长机理进行了分析和解释。在300 K时，晶须的电阻率r为102 μ Ω·cm，热电势S为83 μ V/K。因此，功率因数S2/r提高到约68 uW/K2 cm。
2003-07-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Solid-state Janus nanoprecipitation enables amorphous-like heat conduction in crystalline Mg3Sb2-based thermoelectric materials
固态沉淀可用于定制材料性能，从铁磁体和催化剂到机械强化和能量存储。热电性能可以修改沉淀，以提高声子散射，同时保持电荷载流子传输。在这里，我们发现了非常规的双Janus型纳米沉淀物在Mg3Sb1.5Bi0.5形成的并排的Bi和Ge丰富的附件，在单独的纳米沉淀物形成对比。这些Janus纳米沉淀物由烧结期间Bi和Ge的局部共熔融产生，从而实现非晶状晶格热导率。由于合金无序和纳米沉淀物散射之间的平衡，观察到声子散射的沉淀物尺寸效应。热电优值系数ZT在室温附近为0.6，在773K时为1.6。Janus纳米沉淀可以被引入到其他材料中，并可以作为一种通用的性能定制机制。
2022-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Tuning thermoelectric power factor by crystal-field and spin-orbit couplings in Kondo lattice materials
我们研究热电输运在低温下的相关近藤绝缘体，最近观察到的高热电优值（ZT）的$FeSb_2$在$T \sim 10 K$的动机。即使在室温下，相关性也有可能导致高ZT，如在$YbAl_3$中，它是最广泛使用的热电金属之一。在低温下，相关效应特别值得研究，因为固定的能带结构不太可能产生非常小的能隙$E_g \sim 5 kT$，这是弱相关材料在低温下有效发挥作用所必需的。我们探讨了通过调节晶体场和自旋轨道耦合来改善相关Kondo绝缘体热电性能的可能性，并提出了一个框架，以设计更有效的低温热电器件。
2013-01-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Single-Crystal Silicon Thermoelectrics by Phonon Engineering
在此，我们报告了使用纳米结构的晶体硅作为热电材料和其集成到热电采集器。概念验证依赖于通过引入尺寸在电子平均自由程和声子平均自由程之间缩放的孔来部分抑制晶格热输运。换句话说，我们人为地瞄准了电子晶体声子玻璃权衡热电效率。这些器件是使用CMOS兼容工艺制造的，在热电堆之间的温差从几K到200 K的情况下，其发电量从每平方厘米几微瓦到每平方厘米几毫瓦。这些数字证明了使用面积小于平方厘米的硅芯片为具有环境或身体热量的自主设备供电的能力。本文还报道了使用开发的示范集成热电冷却的可能性。
2022-07-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Structural Changes in Thermoelectric SnSe at High Pressures
本文用角色散同步辐射X射线粉末衍射法研究了温差电材料硒化锡的晶体结构。随着压力的增加，观察到从GeS型到更高对称性TlI型的晶体结构的连续演化，临界压力为10.5（3）GPa。β ′-SnSe的正交高压变质与常压下的准四面体高温变质密切相关。晶体结构在高温和高压下的变化之间的相似性表明SnSe的应变薄膜可以提供克服β-SnSe在高温下有限的热稳定性问题的途径的可能性。
2014-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric properties of new Bi-chalcogenide layered compounds
自2012年以来，层状Bi硫族化合物作为一种新的层状超导体家族引起了人们的广泛关注。层状铋硫族化合物由于其丰富的晶体结构和组成元素，在新的物理和化学领域的发展及其作为功能材料的应用一直是人们所期待的。最近，据透露，层状Bi硫属化物可以显示出相对较高的热电性能（ZT = 0.36在LaOBiSSe在~650 K）。在这里，我们展示了Bi-硫族化合物家族的晶体结构变化及其热电性能。最后，在实验和理论的基础上，讨论了提高热电性能的可能策略。
2016-02-17 cond-mat.mtrl-sci
The Effects of the Misfit Structure on Thermoelectric Properties of Bi2-xPbxSr2Co2Oy Single Crystals
测量了Bi_（2-x）Pb_xSr_2Co_2 O_y单晶的电阻率和热电势的面内各向异性。有很大的面内各向异性，这是由于各向异性的赝能隙的形成，由于正方形的Bi 2Sr 2 O 4层和三角形的CuO 2层之间的不同的晶体对称性。沿a轴和b轴方向的热电势的大小随着Pb掺杂从x=0到0.4而增加，其中我们观察到b轴长度的不连续收缩。我们把这归因于失配的增强。因此，我们可以通过调节失配来改善热电性能。
2002-10-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Phonon-glass electron-crystal thermoelectric clathrates: Experiments and theory
I型笼形化合物在寻找高效热电材料方面引起了极大的兴趣。这些化合物构成了由纳米级的四面体（14个面体）和十二面体（12个面体）组成的网状笼，其中周期表中的第1族或第2族元素被囚禁为所谓的摇铃客体原子。值得注意的是，虽然这些化合物具有晶体的双晶结构，但它们在整个温度范围内表现出玻璃状的声子热导率，这取决于四面体中的晶格客体原子的状态。此外，这些化合物显示出不寻常的玻璃状比热和太赫兹频率声子动力学，提供了一个显着的宽峰几乎相同的拓扑无序的非晶材料或结构玻璃，所谓的玻色子峰。在显示这些玻璃状特征的化合物中实现了有效的热电效应。近十年来，已经发表了许多关于I型笼形化合物的实验工作。这些是衍射实验，热和光谱实验，除了那些基于热和电子传输。这些构成了本文基于这十年来的进展的原材料。本文的主题不仅从物理学的角度，而且从制作高效热电材料的实际问题的角度涉及有趣的现象。本文综述了I型笼形化合物的广泛的实验研究，以及在这些材料中观察到的奇特的热和动力学性质的理论解释的审查。
2014-02-24 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
Optimization and Characterization of Thermoelectric Properties in Selenium-Doped Bismuth Telluride Ultra Thin Films
本文利用三源热共蒸发制备并优化近 30 nm 的硒掺杂 Bi₂Te₃₋ₓSeₓ 超薄膜，精确调控组分与晶相，实现 400 μV/K 塞贝克系数和 1 mW/mK² 功率因子。
2024-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic mechanisms governing structural stability change of zinc antimony thermoelectrics
热电材料的结构稳定性对于它们的能量收集应用是越来越重要的主题。在这里，我们研究的结构稳定性变化的锌锑在其工作温度的微观机制，使用分子动力学结合实验测量的电导率和热导率。我们的研究结果表明，热输运系数和电输运系数的温度依赖性与结构转变密切相关。这被发现是与一个松弛过程，其中一组Zn原子迁移之间的间隙网站。这种原子迁移逐渐导致整个晶体骨架的稳定结构转变，然后导致$β-$ Zn 4Sb 3在高温下更稳定的晶体结构。
2016-11-03 cond-mat.mtrl-sci
p-type Bi2Se3 for topological insulator and low temperature thermoelectric applications
本文报道了p型Bi_2Se_3单晶的生长和基本性质。基于关于Bi 2Se 3的缺陷化学的假设，通过Ca对Bi的低水平取代（1%或更少）诱导了p型行为。采用扫描隧道显微镜对缺陷进行成像并建立其电荷。Tunneling和角分辨光电子能谱表明，Bi_（1.98）Ca_（0.02）Se_3的费米能级相对于n型材料降低到价带约400 meV。报道了室温下ab面塞贝克系数为+180微VK ~（-1）的p型单晶。这些晶体在低温下的塞贝克系数显示出巨大的异常峰，在7 K时达到+120 microVK-1，使它们在低温下具有高的热电功率因数。除了其有趣的热电性能之外，p型Bi 2Se 3对于拓扑绝缘体的技术和现象的研究具有实质性的意义。
2009-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Large Thermoelectric Power Factor in TiS2 Crystal with Nearly Stoichiometric Composition
TiS $_{2}$晶体具有很高的热电功率因数，在300 K时的面内功率因数$S^{2}/ ρ$为37.1~ $μ$ W/K $^{2}$ cm，电阻率为1.5 × 10 - 6（$ρ$）1.7 m $Ω$ cm和热电（$S$）为-251~ $μ$ V/K，并且该值与最好的热电材料Bi $_{2}$ Te $_{3}$合金相当。电阻率表现出金属和高度各向异性的行为，这表明该TiS $_{2}$晶体的电子结构具有准二维性质。大的热电响应可以归因于刚好在费米能之上的大的态密度和谷间散射。尽管功率因数大，但由于相对大的热导率（68 mW/Kcm），在300 K下，TiS $_{2}$的品质因数$ZT$为0.16。然而，该值的大部分来自可约格贡献。因此，可以通过降低晶格热导率来改善$ZT$，例如，通过在层间位置引入振动单元。
2001-11-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Magnetic-field enhanced high-thermoelectric performance in topological Dirac semimetal Cd$_3$As$_2$ crystal
热电材料可用于通过塞贝克效应将热量转换为电功率。研究了三维狄拉克半金属Cd $_3$ As $_2$晶体的磁热电优值。研究发现，虽然磁电阻率大大增加，但通过磁场可以同时实现功率因数的提高和热导率的降低。在7特斯拉的垂直磁场作用下，在350 K附近，ZT值从0.17提高到1.1，提高了6倍以上。磁场对ZT的极大增强是由于Cd $_3$ As $_2$中具有大的费米速度和大的电热导率的线性狄拉克带。我们的工作为大幅度提高量子拓扑材料的热电性能开辟了一条新的途径。
2018-02-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Recent advances on thermoelectric materials
热电发电机通过固体的热电能将废热转化为电能，而不产生温室气体排放，可以成为解决当今能源挑战的重要组成部分。对用于先进的热电能量转换应用的新材料的研究已经复苏。在本文中，我们将回顾最近的努力，提高热电效率。特别是，几个新的原理验证方法，如声子玻璃电子晶体中的声子无序，纳米结构材料的低维性和强关联系统中的电荷自旋轨道简并性对热电性能的影响将被讨论。
2011-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Predicting thermoelectric properties from crystal graphs and material descriptors - first application for functional materials
I2R, A*STAR（新加坡科技研究局资讯通信研究院）；IMRE, A*STAR（新加坡科技研究局材料研究与工程研究院）
我们介绍了使用晶体图卷积神经网络（CGCNN），全连接神经网络（FCNN）和XGBoost来预测热电性能。CGCNN的数据集不依赖于密度泛函理论（DFT），只依赖于晶体和原子的信息，而FCNN的数据集基于Materialsproject.org中丰富的属性列表。结果表明，优化后的FCNN具有三层深度，能够更好地预测与散射时间无关的热电功率因数（或XGBoost），这表明从部分从DFT获得的材料科学知识获知的键合和状态密度描述符对于预测功能性质是至关重要的。
2018-11-15 cond-mat.mtrl-sci cs.LG physics.comp-ph
Room Temperature Thermoelectric Properties of Isostructural Selenides Ta2PdS6 and Ta2PdSe6
我们用单晶样品测量了Ta_2 PdX_6（X=S，Se）在室温附近的热电性能。结果表明，Ta_2PdX_6在中低温至室温范围内具有较高的功率因数，其中Ta_2PdSe_6的功率因数最大，在300 K时的电导率为10-2 Ωcm。如果通过化学取代降低晶格热导率，Ta_2PdS_6将是Peltier冷却材料的可能候选者。
2021-01-21 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
Effect of crystal field engineering and Fermi level optimization on thermoelectric properties of Ge$_{1.01}$Te: Experimental investigation and theoretical insight
这项研究显示了一种通过在阳离子位点上Ti和Bi共掺杂以及通过同时优化电子（通过晶体场工程和精确的费米能级优化）和热（通过点缺陷散射）传输特性来用Ge自掺杂来增强GeTe基材料的热电特性的方法。原始的GeTe由于本征Ge空位而具有高载流子浓度（$n$）、低塞贝克系数（$α$）和高热导率（$κ$）。Ge空位优化和晶体场工程导致经由过量Ge和Ti掺杂的增强的$α$，其通过经由Bi掺杂的能带结构工程进一步改善。由于提高了$α$和优化了费米能级（载流子浓度），Ti-Bi共掺Ge $_{1.01}$ Te获得了增强的功率因数（$α^2σ$）。这些实验结果也证明了理论计算的能带结构，和热电参数，分别使用密度泛函理论和Boltztrap计算。在300 K时，GeTe中Ti-Bi共掺杂的声子热导率（$κ_{ph}$）从$\sim$ 3.5 W.m $^{-1}$. K $^{-1}$显著降低到$\sim$ 1.06 W.m $^{-1}$ .K $^{-1}$，归因于质量和应变场波动引起的点缺陷散射，符合Debye-Callaway模型。声子色散的计算表明，在Ti-Bi共掺杂的GeTe的群速度下降，支持所获得的约化$κ_{ph}$。在本研究中使用的策略可以显着增加有效质量，优化载流子浓度，并降低声子热导率，同时实现了令人印象深刻的最大zT值为1.75，在773“，K和平均zT（$_{av}$）为1.…
2023-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Gate-Tuned Thermoelectric Power in Black Phosphorus
电场效应是阐明材料固有特性以及设计功能器件的有用手段。双电层晶体（EDLT）可以在很宽的范围内控制载流子浓度，是研究热电性能的有效工具。在这里，我们报告的门调谐的热电功率在黑磷（BP）单晶片的厚度为40 nm。利用EDLT组态，我们成功地控制了热电功率（S），发现在210 K时，离子门控BP在空穴耗尽态的S达到+510 $μ$ V/K，远高于300 K时报道的体单晶的+340 $μ$ V/K。我们将此实验数据与基于第一性原理的计算进行了比较，发现这种增强可以定性地解释为BP薄片的导电沟道的有效减薄和由于耗尽模式下的栅极操作而导致的沟道的不均匀性。我们的研究结果提供了新的机会，进一步工程BP作为热电材料在纳米级。
2017-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Compositional and temperature evolution of crystal structure of new thermoelectric compound LaOBiS2-xSex
我们研究了新的热电材料LaOBiS 2-xSex的晶体结构，其热电性能的增强Se取代，通过使用粉末同步辐射X射线衍射和Rietveld细化。LaOBiS_（2-x）Sex的金属导电性和热电功率因数的提高可以用面内Ch 1位（Ch = S，Se）Se浓度的增加引起的更高的面内化学压来解释。高温X射线衍射测量最佳取代LaOBiSSe揭示了巨大的原子位移参数（UISO）的Bi和Ch原子的BiCh 2导电层。面内Bi和Ch 1位的原子位移参数（U11和U33）的各向异性分析表明，Bi原子在300 K以上沿c轴方向表现出大的原子位移，这可能是LaOBiSSe中低热导率的起源。沿c轴方向的大的Bi振动可能与面内振动有关，这是获得低热导率和声子玻璃电子晶体状态的新策略。
2016-04-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Thermoelectric response from grain boundaries and lattice distortions in crystalline gold devices
导体中的电子塞贝克响应涉及载流子的能量依赖平均自由程，并且受到晶体结构、来自边界和缺陷的散射以及应变的影响。以前的光电（PTE）的研究表明，多晶金属纳米线的热电性能与晶粒结构有关，虽然直接的证据连接晶体微观结构的PTE响应是很难阐明。在这里，我们表明，室温扫描的PTE测量是敏感的探针，可以检测到微妙的变化，在当地的塞贝克系数的金与底层的缺陷和应变，介导晶体变形。这种连接是通过结合扫描PTE和电子显微镜测量的单晶和双晶金微尺度设备。出乎意料的是，光电压图强烈相关的逐渐变化的晶体学的电子背散射衍射检测到的取向差。单个晶界和不同的晶粒取向对PTE信号的影响是最小的。这种扫描PTE技术显示出识别纳米材料和器件中微小结构扭曲的希望。
2021-06-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large Anomalous Nernst Effect in a Skyrmion Crystal
对模型Skyrmion晶体的热电性质进行了理论研究，发现其反常Hall电导率与其特殊的自旋结构引起的较大的Chern数相对应，通过反常能斯特效应产生较大的横向热电电压。这意味着在Skyrmion系统中找到好的热电材料的可能性，从而激发了我们通过这里所采用的第一性原理计算对它们的探索。
2016-01-14 cond-mat.mes-hall 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
Enhancement of the thermoelectric properties in doped FeSb$_2$ bulk crystals
近藤绝缘体FeSb $_2$具有大的Seebeck系数，如果没有大的热导率$κ$，它将在低温热电应用中具有潜力。本文研究了高质量单晶中Fe和Sb位不同化学取代对热导率和热电效应的影响。在Sb位处Te掺杂的$5\%$处，热导率从未掺杂样品中的$\sim 250$ W/Km抑制到约8 W/Km。然而，在Fe位处的Cr和Co掺杂比Te掺杂更慢地抑制热导率，并且即使在20 $\%$ Cr/Co掺杂下，热导率仍保持$\sim 30$ W/Km。对声子散射的不同贡献的分析表明，碲对$κ$的巨抑制是由于应变场起伏引起的点缺陷散射的增强。相比之下，Te掺杂对相关效应的影响较小，然后对于小的Te取代，仍保持大幅度的塞贝克系数，导致Fe（Sb $_{0.9}$ Te $_{0.1}$）$_2$中的热电优值（$\sim 100$ K下的$ZT\sim 0.05$）增强。
2016-05-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
On the Role of Crystal Defects on the Lattice Thermal Conductivity of Monolayer WSe2 (P63/mmc) Thermoelectric Materials by DFT Calculation
随着能源问题的日益突出，热电材料的研究在过去的几十年中不断深入。低热导率使热电材料具有更好的热转换性能。本文基于第一性原理和声子玻尔兹曼输运方程，采用密度泛函理论（DFT）在维也纳从头算模拟软件包（VASP）中实现，研究了几种缺陷条件下单层WSe 2的热导率.计算了WSe_2在六种缺陷态下的晶格热导率，在300 K时，PS、SS-c、DS-s、SW-c、SS-e和DS-d分别为66.1、41.2、39.4、8.8、42.1和38.4 W/（m2 K）。与完整结构相比，缺陷结构可使热导率降低86.7%（SW-c）。研究了缺陷含量、类型、位置等因素对热性能的影响。通过引入原子缺陷，可以降低和调节WSe 2的热性能，这将为其他热电材料获得更低的热导率提供一个有趣的想法。
2021-09-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Enhancement in thermoelectric properties of FeSb2 by Sb site deficiency
我们报告了一种基于引入点缺陷的策略，用于改善FeSb 2的热电性能，FeSb 2是一种有前途的低温应用候选材料。引入20%的Sb缺陷导致电导率（σ）和塞贝克系数（S）值的提高，伴随着使用常规固态反应路线制备的样品中的晶格热导率（\k{appa} lat）值的抑制。多晶FeSb 2-x中的这些观察结果为专门探索相应单晶以及热压多晶对应物的热电行为提供了充足的动机。
2015-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Critical mode and band-gap-controlled bipolar thermoelectric properties of SnSe
电子结构的可靠计算和电学性质的理解依赖于晶体结构的精确模型。在这里，我们重新研究了高zT热电材料硒化锡，SnSe，在4和1000 K之间，使用高分辨率中子粉末衍射的晶体结构。对称性分析揭示了四种活跃的结构畸变模式的存在，其中一种被发现在800 K时在超过+/-200 K的相对较宽的范围内在Pnma-Cmcm的破缺转变附近是活跃的。密度泛函理论计算的基础上的实验结构参数表明，不寻常的，阶跃式的温度依赖性的电输运性质的SnSe是由本征双极导电性的开始，放大和转移到较低的温度之间的带隙的快速减少700和800 K。计算出的带隙是高度敏感的小出平面的Sn位移中观察到的衍射实验。预测具有充分控制的受主浓度的SnSe沿不同的晶体方向同时产生大的正和大的负Seebeck效应。
2018-08-03 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of the thermoelectric properties of Zintl compound KSnSb
Zintl相的独特结构使其成为热电界实现声子玻璃和电子晶体概念的理想体系。结合电子和声子的第一性原理计算和玻尔兹曼输运理论，我们证明了Zintl化合物KSnSb在800 K时的ZT值可以达到~2.6.这种非凡的热电性能源于由于多谷能带结构而产生的大的塞贝克系数以及特别是由混合键特性引起的非常小的晶格热导率。
2017-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Superhigh thermoelectric figure of merit in silver halides AgCl and AgBr from first principles
寻找高性能的热电材料一直是热电领域的一个梦想。近年来，实验发现，$2.6$在SnSe晶体和Cu 2Se样品中的ZT值分别在923 K和850 K时达到最大值，引起了人们对寻找高ZT材料的极大兴趣。基于第一性原理计算和玻尔兹曼输运方程（BTE），本文报道了岩盐结构的卤化银（AgCl和AgBr）具有优良的TE性能。p型掺杂AgCl和AgBr晶体在中温（~ 600 K）下获得了约7.0的超高ZT，远远超过了目前所有体TE材料的ZT值。这一破纪录的ZT值归因于超低的本征晶格热导率κ_L（例如，AgCl和AgBr在600 K时的κ_L分别为约0.10和0.09 Wm^{-1}K^{-1}）。我们的研究结果可能是一个壮举，可以彻底改变热能转换领域。
2019-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Magnon-induced Giant Anomalous Nernst Effect in Single Crystal MnBi
热电模块是一种很有前途的能量收集和高效冷却方法。除了纵向Seebeck效应，最近利用反常能斯特效应（ANE）的横向器件引起了人们的兴趣。对于高转换效率，要求材料应具有大的ANE热电功率和低电阻，其产物是ANE电导率。ANE通常用Berry曲率的内在贡献来解释。我们的观察表明，外部贡献也很重要。对MnBi单晶的研究表明，在80 K时，在0.6 T下，其ANE热电势高达10 $μ$ V/K，横向热电导率超过40 A/Km。从理论计算的洞察力，我们把这个大ANE主要归因于一个新的平流磁振子的贡献所产生的磁振子电子自旋角动量转移。我们认为，在铁磁材料中引入大的自旋轨道耦合可以通过磁振子的非本征贡献来增强ANE。
2021-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Intergrowth and thermoelectric properties in the Bi-Ca-Co-O system
用助熔剂法分别从900 $\celsius$和950 $\celsius$冷却生长Bi-Ca-Co-O系单晶。单晶的特征在于通过透射电子显微镜和X射线衍射。从900 $\celsius$开始冷却，获得了具有四重（$n$ =4）岩盐（RS）层的错配钴酸盐[Ca $_2$ Bi $_{1.4}$ Co $_{0.6}$ O $_4$ ] $^{RS}$ [CoO $_2$ ] $_{1.69}$单晶。这种晶体的室温热电势（TEP）为180 $μ$ V/K，远大于具有四重RS层的Sr基错配钴矿。然而，随着950 $\celsius$的冷却，观察到四重（$n$ =4）和三重（$n$ =3）RS型层基错配钴矿单晶的共生。与[Ca $_2$ Bi $_{1.4}$ Co $_{0.6}$ O $_4$ ] $^{RS}$ [CoO $_2$ ] $_{1.69}$单晶相比，共生长使TEP和电阻率均明显提高，而室温下的功率因数保持不变。
2007-07-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Rubbing and Drawing: Generic Ways to Improve the Thermoelectric Power Factor of Organic Semiconductors?
高度取向的聚合物膜可以在热电性能中显示出相当大的各向异性，导致功率因子超出由广泛遵守的将热电$S$和电导率$σ$连接为$S\proptoσ^{-1/4}$的幂律预测的那些。尽管同时增强$σ$和$S$所需的条件尚不清楚，但这导致了关于电导率的令人鼓舞的实际结果。在这里，动力学蒙特卡罗模拟被用来研究无序有机半导体的热电性能的结构各向异性的影响。我们发现，拉伸是一个合适的策略，以提高沿应变方向的导电性，而对功率因数的影响取决于形态的聚合物结晶。通常，结晶聚合物显示出$σ$和$S$的同时增加，而非晶聚合物的情况并非如此。此外，我们表明，从模拟的基础上可变范围跳变的趋势是在良好的协议与实验，并可以描述不同的功能依赖关系的$S$与$σ$行为的不同方向。
2021-03-05 cond-mat.mtrl-sci
Effect of pressure on the transport properties and thermoelectric performance of Dirac semimetal ZrTe5
本文研究静水压力对CVT法和助熔剂法生长的ZrTe5单晶输运性质的影响，发现压力增大电阻率和热电势、加宽带隙并改变载流子行为，助熔剂法样品还出现单极到双极输运转变。
2025-04-23 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric properties of (Ba,K)Cd2As2 crystallized in the CaAl2Si2-type structure
采用固相反应和热压法制备了具有CaAl 2Si 2型结构（空间群P3-m1）的As基Zintl化合物Ba_（1-x）K_xCd_2As_2。我们已经成功地取代Ba的K高达x = 0.08，产生空穴载流子掺杂浓度高达1.60*1020 cm-3。我们已经确定的带隙值的非掺杂BaCd 2As 2为0.40 eV的电阻率的温度依赖性。电阻率和塞贝克系数随空穴掺杂而降低，导致在762 K时x = 0.04的功率因数值为1.28 mW m-1 K-2。第一性原理能带计算表明，较大的功率因数主要来源于As px，y轨道的二重简并性和价带顶处的各向异性能带结构.晶格热导率被抑制的K掺杂到0.46 W m-1 K-1在773 K x = 0.08，大概是由于随机性。随机性的影响通过电子热导率的增加来补偿，这使总热导率保持近似恒定。因此，无量纲的品质因数ZT在762 K时达到最大值0.81（x = 0.04）。
2018-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Learning Thermoelectric Transport from Crystal Structures via Multiscale Graph Neural Network
School of Integrated Circuits, Wuhan University（武汉大学集成电路学院）；Key Laboratory of Artificial Micro- and Nano-Structures of Ministry of Education, School of Physics and Technology, Wuhan University（武汉大学物理科学与技术学院人工微结构和介观物理教育部重点实验室）；School of Optical and Electronic Information, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学光学与电子信息学院）
本文提出一种多尺度图神经网络模型，用于估计无机热电晶体的电子输运系数，结合第一性原理计算揭示材料输运行为的物理机制。
2026-06-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Electronic structure and thermoelectric properties of n- and p-type SnSe from first principles calculations
采用Korringa-Kohn-Rostoker方法和Boltzmann输运方法计算了正交晶系$n$型和$p$型SnSe的电子能带结构、费米面和电子输运性质.该分析解释了温度对$Pnma$结构中晶体学参数的影响以及在$T_c\sim 807 $ K下向$CmCm$结构的相变。在$T_c$之前的结构中改变晶体学参数时，导带和价带发生了显著的变化，而相变主要导致带隙值的跳跃。在宽的温度（$15-900 $ K）和空穴（$p-$型）和电子（$n-$型）浓度（$10^{17}-10^{21}$ cm $^{-3}$）范围内计算了动力学参数张量（速度、有效质量）和由此产生的传输量张量（电导率$σ$、热电势$S$和功率因数PF）的对角分量。锡硒示出具有很强的各向异性的电子传输性能的两种类型的电荷导电性，如预期的层状结构。一般来说，$p$型的有效质量比$n$型的大.有趣的是，$p$型SnSe具有强烈的非抛物线色散关系，最高价带具有“布丁模”状形状。$σ$、$S$和PF张量的分析表明，层间电子传输有利于$n$型SnSe的热电性能，而该方向在$p$型SnSe中被阻断，其中面内传输是优选的。我们的研究结果预测，$n$型SnSe可能是比$p$型更好的热电材料.理论计算结果与单晶$p$ -SnSe的测量结果进行了比较，结果吻合较好.
2015-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Topological Thermoelectricity in Metals
最近发表的发现，声学和光学模式反转的声子谱的某些金属成为第一个现实的例子，非相互作用的拓扑玻色子激发在现有的材料。然而，这种拓扑声子相位的可观察的物理和技术用途仍然不清楚。在这项工作中，我们提供了一个强有力的理论和数值证据表明，对于一类金属化合物（称为三相点拓扑金属），在声子谱中的点，其中三个（两个光学和一个声学）声子模式（带）交叉，代表一个定义明确的拓扑材料相，其中托管金属具有非常强的热电响应。由于这些拓扑声子带交叉点而出现的三相点玻色子集体激发显著抑制了晶格热导率，使得此类金属具有声子玻璃状。同时，这些金属中存在的拓扑三重点和Weyl费米子准粒子激发产生良好的电输运（电子晶体），并导致费米能级附近的电子态密度局部增强，这大大提高了热电势。这种“声子玻璃”和“电子晶体”的结合是金属中高热电性能的关键。我们称这些材料为拓扑热电金属，并提出了几个新预测的化合物为这个阶段（TaSb和TaBi）。我们希望这项工作将引导物理学和材料科学的研究人员详细研究电子材料中的拓扑声子相，以及这些相在许多日常技术应用中引入热电材料的新颖和更有效使用的可能性。
2018-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric bolometers based on ultra-thin heavily doped single-crystal silicon membranes
我们目前超薄硅膜热电偶测辐射热计适合于快速和灵敏的检测低水平的热功率和红外辐射在室温下。这些器件基于40 nm厚的应变调谐单晶硅膜，其形状为加热器/吸收器区域和窄的n型和p型掺杂梁，其作为热电偶工作。的设备的电热特性显示噪声等效功率为13 pW/rtHz和热时间常数为2.5 ms。高灵敏度的设备是由于高塞贝克系数为0.39 mV/K和减少的热导率的Si梁从体值。测辐射热计工作在热电偶的约翰逊-奈奎斯特噪声极限内，并讨论了接近温度波动极限工作时的性能改进。
2017-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
