热电超离子材料中大压热效应的预测

我们通过经典分子动力学模拟与第一性原理计算方法，预测了热电快离子导体Cu$_{2}$Se在室温以上存在大压热效应。在$400 \le T \le 700$ K温度区间内，$1$ GPa的静水压力诱导出$|\Delta S| \sim 15$-$45$ Jkg$^{-1}$K$^{-1}$的大等温熵变与$|\Delta T| \sim 10$ K的绝热温度偏移。所分析的热力学范围内不存在结构相变。如此大压热效应的成因是Cu$_{2}$Se中$P$诱导的离子电导率显著变化以及材料固有的高非谐性。相同量级的单轴应力（压缩或拉伸）产生的热效应相对较小，即$|\Delta S| \sim 1$ Jkg$^{-1}$K$^{-1}$与$|\Delta T| \sim 0.1$ K，因其对Cu$_{2}$Se离子扩散率几乎无影响。我们的模拟工作表明，呈现高离子无序的热电化合物（如铜基与银基硫族化物）可能产生大机械热效应，因此是无需施加电场即可用于工程化固态冷却应用的 promising 材料。