具有半赫斯勒结构的三元半导体 NiZrSn 和 CoZrBi：第一性原理研究

本文通过密度泛函理论计算了具有 C1_b 晶体结构的三元半导体 NiZrSn 和 CoZrBi 的基本结构、电子和声子性质。研究中采用了梯度修正的 PBE 泛函和杂化泛函 HSE06。研究发现 NiZrSn 是一种小带隙半导体（PBE 计算结果为$E_g = 0.46$ eV，HSE06 为 0.60 eV），而 CoZrBi 的带隙在 PBE 下为 1.01 eV（HSE06 下为 1.34 eV）。此外，还报告了有效质量和形变势。计算了两种材料 ABC 中由组分 A（Ni 或 Co）引入的本征点缺陷。研究发现，CoZrBi 中 Co 诱导缺陷的形成能高于 NiZrSn 中 Ni 诱导缺陷的形成能。间隙 Ni 原子 (Ni_i) 以及 V_Ni Ni_i 复合体在带隙中引入了缺陷态，而 Ni 空位 (V_Ni) 仅减小了带隙大小。受 NiZrSn 用于热电应用报道的启发，我们计算了两种材料的塞贝克系数。研究发现，CoZrBi 在 p 型掺杂时表现出高达 500 micro-V/K 的较大热电势，而 NiZrSn 的最大热电势出现在 n 型区域。NiZrSn 中实现 p 型掺杂的困难可归因于 Ni_i^2+ 与非受主杂质的意外形成及其补偿效应。此外，研究发现，当所有类型的缺陷浓度高达 3% 时，与 T=600K 下的理想块体晶体相比，热电势均趋于降低。对于 NiZrSn，计算得到的热力学数据表明，额外的 Ni 杂质可通过退火去除，从而导致金属 Ni_2ZrSn 相的析出。