热电材料中的电子输运计算：从第一性原理散射率到纳米结构
材料科学
2023-07-27 v1
摘要
在过去二十年中，大量新型热电材料、其合金及其纳米结构被合成出来。衡量这些材料热电效率的 ZT 优值已从约为 1 的值提升到跨材料族稳定超过 2 的值。与此同时，识别和优化此类材料的需求，凸显了对于具有任意能带结构复杂性、多种散射机制以及高度纳米结构化的材料中电子输运计算的高级数值工具的迫切需求。已开发出许多计算方法，其中大多数采用玻尔兹曼输运方程（BTE）形式体系，从完全第一性原理到经验处理不等，计算代价与精度各异。本文描述了我们近期专门面向热电材料开发的一套适用计算流程。该方法由我们开发的三个独立软件包组成：1）从电子-声子散射率的第一性原理计算开始；2）随后用于玻尔兹曼输运模拟器中；3）将 BTE 计算所得量传入蒙特卡洛模拟器以考察高度纳米结构化材料构型中的电子输运。我们所描述的方法在计算上相比当前完全第一性原理及已有蒙特卡洛方法具有显著优势，而精度相当，从而真正有助于理解和评估复杂能带、纳米结构材料中的热电输运。
引用
@article{arxiv.2307.13800,
title = {Electronic transport computation in thermoelectric materials: From ab initio scattering rates to nanostructures},
author = {Neophytos Neophytou and Pankaj Priyadarshi and Zhen Li and Patrizio Graziosi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.13800},
year = {2023}
}
备注
39 pages, 9 figures