提高 2D 特性以提升氧化物超晶格的热电功率

对于两维氧化物热电材料的载流子运输动力学及其与环境的相互作用。以掺杂 SrTiO3 基超晶格为主的两维氧化物热电材料，已知其减小的空间维度和增加的有效质量可增强热电功率 (S)。然而，由于其大的有效玻尔半径导致的高介电常数，SrTiO3 基系统在表现 2D 特性方面存在局限。本文聚焦 EuTiO3 作为替代 Perovskite 平台，fractional LaxEu1-xTiO3/EuTiO3 人造超晶格显示出 2D 特性的改善，为由维度诱导所致的 S 提供了提升。我们观察到一种准 2D 热电功率 S2D 为 -950 μV K-1，以及 S2D/S3D 约为 20，这源于 2D 约束的改善。热电功率测量结合混合密度泛函理论计算，显示增强的 S 源于 Ti 3dxy 态在 LaxEu1-xTiO3 层中的约束，以及随之而来的 2D 态密度的增加。详细地，较小的有效玻尔半径和修改的电子能带结构，结合 Eu 4f 态存在于 EuTiO3 中，这些态修改了局部电子势并加强了 Ti 3d 态的空间约束。这种提高维度约束的方法，建立在小的有效玻尔半径和 Eu 4f 态辅助的 2D 约束之上，为人造氧化物超晶格中高性能应用的设计提供了宝贵的见解。