Be-Fe合金的独特电子特性与超高热电功率因子
材料科学
2024-11-26 v1 其他凝聚态物理
化学物理
计算物理
摘要
铍(Beryllium)合金因其独特优势而在前沿应用中不可或缺。然而，关于其结构和性质的科学理解仍不充分，这大大限制了其在狭窄领域内的应用。在本工作中，对Be-Fe二元体系的结构和性质进行了系统性调查，利用第一性原理无偏包络演化算法。发现了五种此前未报道的杂合物，包括绝缘Be11Fe和Be4Fe，金属Be3Fe，以及亚稳态BeFe和BeFe2，其中Be11Fe具有独特的夹层结构且为电子体。意外地，我们发现Fe在已知的所有Be-Fe杂合物中表现为负电解质，其价态甚至可达-5，导致其3d轨道完全填满。这些化合物中大多数在费米能级附近表现出隧穿或准隧穿带隙。具体而言，Be11Fe和Be4Fe的带隙分别为0.22 eV和0.85 eV，基于单次GW计算。这是首次报道Be基杂合物中的绝缘相态。我们还发现Be11Fe在室温下展现出178 μW cm^{-1}K^2的惊人热电功率因子，至今已知在室温下最高的无条件半导体之一，表明其在废热回收和主动制冷方面的潜力。这一发现将深化我们对Be基和Fe基化合物的理解，并将Be基合金的应用领域拓展到一个全新的领域。
引用
@article{arxiv.2411.15780,
title = {Distinctive Electronic Characteristics and Ultra-high Thermoelectric Power Factor in Be-Fe Intermetallics},
author = {Q. D. Hao and H. Wang and X. R. Chen and Hua Y. Geng},
journal= {arXiv preprint arXiv:2411.15780},
year = {2024}
}
备注
29 pages, 6 figures, with Supplementary Information