Flat-band energy filtering in interacting systems: conditions for improving thermoelectric performances
VTT Technical Research Centre of Finland Ltd（芬兰技术研究中心有限公司）；University of Jyväskylä（于韦斯屈莱大学）；Università della Calabria（卡塔尼亚大学）；INFN, Sezione LNF, gruppo collegato di Cosenza（意大利国家核物理研究所，LNF分部，科森扎协作组）
研究了锯齿链和金刚石链两种一维最小化平板能带模型的电子输运，发现完美隔离的平板能带在热电性能中无效，最优性能出现在平板能带边缘以下，需通过杂化拓宽能带，并指出电子相互作用对平板能带结构的重正化作用。
2026-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Vacancy tuned thermoelectric properties and high spin filtering performance in graphene/silicene heterostructures
本文的主要贡献是研究了缺陷石墨烯/硅烯纳米晶（GSNR）结中的自旋热电子效应。每个阶梯状的GSNR受到铁磁交换和局部外部电场，并使用非平衡格林函数（NEGF）的方法来确定他们的响应。为了进一步研究GSNRs的热电（TE）特性，还考虑了一个更大的系统的双空位（DV）的三种缺陷排列，并重新评估了它们的响应。结果表明，具有DVs的缺陷GSNR可以提供几乎完美的热自旋过滤效应（SFE）和自旋开关。获得了大于99.99%的负微分热电阻（NDTR）效应和高自旋极化效率（SPE）。具有DV缺陷的系统可以显示出等于1.2mV/K的大的自旋相关的塞贝克系数，这是相对大的和可接受的。适当的热和电子性能的GSNR也可以通过调整在器件区域中的DV取向获得。因此，在实际应用中，可以采用阶梯状GSNR来生产具有各种特征的高效自旋热电子器件。
2021-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Energy Filtering in Doping Modulated Nanoengineered Thermoelectric Materials: A Monte Carlo Simulation Approach
本研究通过蒙特卡罗模拟结合泊松方程，探索纳米工程材料中掺杂调制结构的能量过滤机制，发现可显著提升热电功率因子，为新一代热电材料设计提供指导。
2024-07-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Enhancement of thermoelectric properties by energy filtering: Theoretical potential and experimental reality in nanostructured ZnSb
能量过滤已经被许多作者建议作为改善热电性能的手段。这个想法是过滤掉低能量的载流子，以增加塞贝克系数，而不损害电子电导率。在本论文中，通过结合第一性原理原子尺度计算、玻尔兹曼输运理论和同一系统的实验研究，对特定材料（ZnSb）的这一概念进行了研究。首次对该材料的滤波潜力进行了量化，并作为实例发现，当滤波器势垒高度为0.5~eV时，功率因数可以提高一个数量级。然后使用体ZnSb中的霍尔载流子浓度的测量值来校准输运计算，并且处理平均晶粒尺寸约为70 nm的纳米结构ZnSb以实现如先前在文献中所建议的过滤。各种散射机制中采用的传输计算和与纳米结构的ZnSb作为温度的函数的测量的传输特性进行比较。当采用等寿命散射和能量过滤相结合的方法，势垒为0.25eV时，理论和实验之间可以达到合理的一致性。然而，散装和纳米结构样品之间的差异不足以证明引入能量过滤机制的合理性。本文讨论了这种情况的原因和实现过滤的可能性。
2016-03-21 cond-mat.mtrl-sci
A High-Quality Thermoelectric Material Database with Self-Consistent ZT Filtering
本文构建文献数字化热电材料数据库 teMatDb，并提出自洽 ZT 过滤协议以识别并排除多类 ZT 误差，最终形成含 14,717 个数据对的高质量 tMatDb272。
2025-07-25 cond-mat.mtrl-sci
Nanostructured potential well/barrier engineering for realizing unprecedentedly large thermoelectric power factors
这项工作通过半经典玻尔兹曼输运理论和模拟描述了一种新的纳米结构材料设计，可以导致前所未有的高热电功率因数，与最佳体材料功率因数相比，改进了一个数量级以上。该设计基于特定的晶粒/晶界（势阱/势垒）工程，以便：i）使用势垒实现载流子能量过滤，结合ii）高于通常的掺杂操作条件使得利用高载流子速度和平均自由路径，（三）在越过势垒之后最小的载流子能量弛豫以将势垒的高塞贝克系数传播到势阱中，重要的是iv）形成中间无掺杂剂（耗尽）区域。因此，该设计由三区域几何结构组成，其中高掺杂驻留在势阱的中心/核心中，掺杂剂耗尽区域将掺杂区域与势垒分离。结果表明，过滤屏障是最佳的，当他们减轻他们引入的导电性降低，这可以主要是当他们是清洁的掺杂剂在过滤过程中。另一方面，当势阱通过以下方式减轻它们引入的降低的塞贝克时，势阱是最佳的：i）不允许载流子能量弛豫，并且重要的是ii）通过减轻高浓度掺杂剂杂质引起的迁移率降低。掺杂剂分离，与周围的势垒干净的掺杂剂耗尽区，服务于这个关键的目的，提高迁移率的声子限制的迁移率水平的井。使用量子输运模拟以及半经典的蒙特卡罗模拟，我们也验证了重要的成分，并验证这种清洁过滤设计。
2020-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric properties of lead chalcogenide core-shell nanostructures
我们提出了完整的热电特性的纳米结构的散装PbTe和PbTe-PbSe样品制备胶体核壳纳米粒子，然后放电等离子体烧结。在这两种材料中发现了一个异常大的热电势，并讨论了能量过滤的可能性，而不是作为解释的晶界散射。德拜温度的降低和摩尔比热的增加与最近对纳米结构材料的预测是一致的。在这些结果的基础上，我们提出了合适的核-壳材料的组合，为未来的热电材料的大电导率的组合，通过能量过滤增加热电。
2012-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Demonstration of electron filtering to increase the Seebeck coefficient in ErAs:InGaAs/InGaAlAs superlattices
在这封信中，我们探讨电子过滤作为一种技术，以增加塞贝克系数和热电功率因数的异质结构材料的散装。我们提出了一个理论模型，其中塞贝克系数和功率因数可以增加在InGaAs基复合材料。交叉平面塞贝克系数的实验测量，并确认电子过滤技术的重要性，以解耦的电导率和塞贝克系数，以提高热电功率因数。
2005-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Optimizing Thermoelectric Power Factor by Means of a Potential Barrier
在提高热电能量转换方面，大量的努力致力于通过纳米尺寸的势垒进行能量过滤。在这项工作中，我们进行了分析和优化，以改善能源过滤等障碍。我们将半经典模拟与量子力学模拟相结合，以捕获势垒引起的隧穿和反射，并分析势垒的宽度W、高度Vb、形状以及费米能级（EF）在带边之上的位置ηF的影响。我们表明，优化设计，约。如果满足以下条件，热电功率因数可以提高40%：ηF很大; Vb与EF之差略高，但与kBT相当; W大到足以抑制隧穿。最后，我们表明，一个平滑的能量势垒是有益的相比，尖锐的（方形）障碍，增加热电功率因数。
2013-07-30 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
Enhanced thermoelectric efficiency of zigzag bilayer phosphorene nanoribbon; edge states engineering
从理论上研究了锯齿型双层磷烯纳米带的热电性质。我们首先将SSH阶梯与ZBPNR边缘态类比，解析地得到了它们的能带结构和波函数。然后，通过应用能量过滤方法，我们表明，电功率和热电效率的ZBPNR可以显着提高中间隙边缘状态的存在。我们还讨论了如何通过在边界施加周期性点势来设计边缘模式，以进一步优化系统的热电功率和效率。
2022-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Tinselenidene: a Two-dimensional Auxetic Material with Ultralow Lattice Thermal Conductivity and Ultrahigh Hole Mobility
通过广泛的从头计算，预测了一种新的二维原子材料硒化锡单层（简称硒化锡）是一种具有间接带隙（1.45 eV）和高空穴迁移率（10000 cm ~ 2 V ~（-1）S ~（-1）量级）的半导体材料，并且在较低的应变（<0.5 GPa）下发生间接-直接带隙转变.亚锡硒具有非常小的杨氏模量（20-40 GPa）和超低的晶格热导率（在300 K下<3 Wm-1 K-1），使其可能是已知的2D原子材料中最柔性和最保温材料。此外，锡硒化物具有-0.17的大的负泊松比，因此可以充当2D拉胀材料。硒化锡具有这些有趣的性质，在热电、纳米机械和光电子等领域有着广泛的应用前景。
2020-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Study on Thickness and Temperature Dependence of Thermoelectric Properties in SnS Nanofilms
School of Energy and Power Engineering, Dalian University of Technology（大连理工大学能源与动力学院）；Dalian University of Technology（大连理工大学）；School of Physics and Technology, Nanjing Normal University（南京师范大学物理科学与技术学院）；Nanjing Normal University（南京师范大学）
本研究通过TDTR和ZEM-3系统测量不同厚度SnS纳米薄膜在300-600K的热电性能，发现低维化显著提升ZT值，归因于量子限域、能量过滤和声子散射增强，为环保中温热电材料提供实验与理论依据。
2026-09-09 cond-mat.mes-hall 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
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
Control of sphalerite-chalcopyrite phase transition in CdSnAs2 for n-type thermoelectrics with high power factor
本研究针对热电材料中n型性能滞后问题，通过控制CdSnAs2的冷却速率抑制闪锌矿-黄铜矿相变以优化微观结构，最高冷却速率样品在600K时功率因数达3.18mW/mK²，超过传统二元n型热电材料，为中温热电应用提供高潜力候选材料。
2024-12-01 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of the layered thermoelectric material TiNBr
层状结构材料通常被认为是热电材料的良好候选者，因为它们由于原子层间相互作用而倾向于表现出固有的低热导率。层状结构材料的电性能可以很容易地使用各种方法进行调整，如能带修改和嵌入。TiNBr是层状结构金属氮化物卤化物MNX（M = Ti，Zr，Hf; X = Cl，Br，I）的一员，在300 K时的Seebeck系数为2215 $μV/K$。沿A轴的无量纲优值ZT在800 K下可高达0.661，对应于低至1.34W/（m K）的晶格热导率。TiNBr的低${κ_l}$与集体低声子群速度（平均$2.05\times 10^3 $ m/s）和大声子非谐性相关，可以使用Grüneisen参数和三声子过程进行量化。原子在高度非谐模中的运动动画主要涉及N原子的运动，电荷密度差揭示了N原子随着非谐模的合并而极化。通过对能量-位移曲线的拟合，证实了TiNBr的积分非谐性除了三声子过程外，四阶非谐效应也是重要的。我们的工作是第一次研究的TiNBr的热电性能，并可能有助于建立低晶格热导率和声子振动模式的行为之间的联系。
2018-12-24 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
Ultrahigh Anomalous Nernst Thermopower and Thermal Hall Angle in YbMnBi2
本文报道 YbMnBi2 凭借低霍尔密度、化学势靠近外尔点以及拓扑霍尔电导率与电阻率各向异性的协同作用，实现了磁性材料中最高的反常能斯特热电势和显著热霍尔角。
2025-06-25 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
Enhanced Thermoelectric Properties By Embedding Fe Nanoparticles Into CrN Films For Energy Harvesting Applications
本研究通过高功率脉冲磁控溅射与纳米颗粒枪结合，将Fe纳米颗粒嵌入CrN基质形成纳米复合材料，利用界面能量过滤效应提升了Seebeck系数与电子迁移率，并显著降低了热导率，有效改善了涂层的热电性能。
2024-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Tackling dataset curation challenges towards reliable machine learning: a case study on thermoelectric materials
ICGM, Univ Montpellier, CNRS, ENSCM（法国国家科学研究中心蒙彼利埃大学集成化学研究所）
本文提出了一种基于统计轮换误差的数据过滤方法，用于解决热电材料数据集中的不准确性和不一致性问题，并通过混合数据集创建流程提升数据质量。
2025-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Asymmetric Electronic Band Alignment and Potentially Enhanced Thermoelectric Properties in Phase-Separated Mg2X (X=Si,Ge,Sn) Alloys
该研究通过第一性原理计算发现Mg2X合金相分离界面处价带偏移远大于导带偏移，可利用能量过滤效应显著提升p型材料的热电功率因子。
2025-07-24 cond-mat.mtrl-sci
The influence of non-idealities on the thermoelectric power factor of nanostructured superlattices
由交替势阱和势垒的纳米级层组成的交叉平面超晶格由于其提供热电功率因数改善和更高ZT优值的潜力而引起了极大的关注。先前的理论工作已经表明，优化势垒的存在可以通过载流子能量滤波来改善塞贝克系数，这将功率因数提高高达40%。然而，这一预测的实验证实是非常少的。在这项工作中，我们采用量子力学电子输运模拟概述的随机变化，缺陷和非最佳的障碍形状在超晶格几何形状对这些预测的功率因数改善的不利影响。因此，我们的目标是评估这些理论收益的鲁棒性或脆弱性，在面对的类型的变化，人们会发现在实际的材料系统。我们表明，这些功率因数的改善是相对稳健的反对：过厚的障碍，扩散的障碍到身体的井，和随机波动的障碍间距和宽度。然而，值得注意的是，我们发现，极薄的障碍和随机波动的障碍高度低至10%是足以完全破坏任何优化的几何形状的功率因数的好处。我们的研究结果可以为纳米结构热电提供性能优化路线，并阐明为什么显着的功率因数改善通常没有实现超晶格，尽管理论预测的原因。
2015-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Materials design criteria for ultra-high thermoelectric power factors in metals
本研究针对金属塞贝克系数低不适合热电材料的问题，通过玻尔兹曼输运模拟与多带模型，提出实现超高热电功率因子的三项材料设计准则，推广了无带隙材料中输运不对称性提升功率因子的概念。
2025-01-18 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
Enhancing thermopower and Nernst signal of high-mobility Dirac carriers by Fermi level tuning in the layered magnet EuMnBi$_2$
狄拉克/外尔半金属托管线性色散带最近受到关注的潜在热电应用，因为他们的超高迁移率的载流子可以产生大的热电和能斯特功率因数。为了优化这些效率，费米能需要在宽范围内进行化学控制，这在体材料中通常是困难的，因为取代离子的无序效应。这里表明，通过在绝缘块层中部分用Gd $^{3+}$取代Eu $^{2+}$，可以在分层磁体EuMnBi $_2$的狄拉克点上调节费米能量，这将电子掺杂到狄拉克费米子层中，而不会降低迁移率。甚至在掺杂样品中观察到的清晰的量子振荡使我们能够结合第一性原理计算定量地估计费米能移并优化功率因数（在低温下超过100 $μ$ W/K $^2$ cm）。此外，它表明，能斯特信号急剧增加，降低载流子密度超出了一个简单的理论预测，这可能源于场诱导的狄拉克带隙减少，由于与Eu矩的交换相互作用。因此，磁性阻挡层为EuMnBi $_2$中的狄拉克费米子提供了高可控性，这将使这一系列材料成为新颖输运现象的吸引人的平台。
2021-05-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
