利用具有$d^0$/$d^6$能带填充的非磁性双钙钛矿的高效热电材料

高效热电材料应具有大塞贝克系数、高电导率和低热导率。增强的塞贝克系数可从费米能级与态密度的大而窄的峰对齐的材料中获得，特别是当发生显著的能谷简并时。高电导率源于材料中原子间大的导电跳跃路径。如果这两个物理量的起源可归因于不同的能带组，则可解耦并独立优化。基于这些假设，考虑了B和B'金属阳离子分别具有$d^0/d^6$填充的双钙钛矿A$_2$BB'O$_6$。它们提供了理想的能带结构，在费米能级之上具有简并的B-$t_{2g}$ / B'-$e_g$能带以及低的热导率。我们对多种此类非磁性双钙钛矿进行了第一性原理模拟，表明它们均呈现大的塞贝克系数（B阳离子的局域且空的$t_{2g}$态的结果）以及由于B'阳离子更扩展的未占据$e_{g}$能带导致的大电导率。我们发现若它们能被最优掺杂，其热电优值可与甚至高于最好的$n$型热电氧化物如SrTiO$_{3}$。探索了调控能带结构并增强热电优值的多种机制，包括外延应变、静水压力、化学压力和外部掺杂。还研究了完全弛豫结构，表明真实计算对准确预测是必要的，但也证明了全文所示主要趋势保持不变。