基于第一性原理计算的 n 型热电材料 Mg3Sb2-xBix 的费米面复杂度、有效质量与导带排列
材料科学
2019-08-26 v1
摘要
利用第一性原理计算，我们从完整的 ab initio 能带结构研究了 n 型 Mg3Sb2-xBix（x = 0、1 和 2）的导带排列、有效质量和费米面复杂度因子。我们发现，随着 Bi 含量的增加，K 和 M 能带极小值远离导带底 CB1，而单重简并的 能带极小值迅速下移并接近导带底。但有利的六重简并 CB1 能带极小值始终保持对导带底的主导，且 与 CB1 能带极小值之间无带交叉。此外，我们表明 CB1 载流子袋与接近能带极小值 M 的能级相连，可强烈增强载流子袋各向异性和费米面复杂度因子，这很可能是理论功率因子中局域极大的电子学起源。我们的计算还表明，带隙、态密度有效质量、Seebeck 系数和费米面复杂度因子随 Bi 含量增加而减小，这不利于电输运。然而，只要有害的双极效应不显著，随 Bi 含量增加降低电导有效质量可通过改善载流子迁移率和加权迁移率而有益于电输运。因此，与 n 型 Mg3Sb2 相比，n 型 Mg3SbBi 在 300 K 下展现出更高的功率因子和低得多的理论功率因子最优载流子浓度，这可由实验轻易实现。
引用
@article{arxiv.1907.02263,
title = {Fermi surface complexity, effective mass, and conduction band alignment in n-type thermoelectric Mg3Sb2-xBix from first principles calculations},
author = {Jiawei Zhang and Bo Brummerstedt Iversen},
journal= {arXiv preprint arXiv:1907.02263},
year = {2019}
}