白铁矿型化合物MSb$_2$ (M = Ta, Nb)的热电性质：实验与计算相结合的研究

Shamim Sk; Naoki Sato; Takao Mori

白铁矿型化合物MSb$_2$ (M = Ta, Nb)的热电性质：实验与计算相结合的研究

材料科学 2024-03-20 v1

作者: Shamim Sk , Naoki Sato , Takao Mori

摘要

本文研究了白铁矿型化合物MSb $_2$ (M = Ta, Nb)在310-730 K温度范围内的热电性质。这些化合物通过固相反应及随后的放电等离子烧结工艺合成。Rietveld精修方法确认两种化合物均为单斜晶相，空间群为C2/m。观测到的塞贝克系数值在研究温度区间内表现出非单调行为，TaSb $_2$ 和NbSb $_2$ 的最大值分别在约444 K时达到-14.4和-22.7 μV K $^{-1}$ 。在整个温度窗口内S的负号表明这些化合物具有n型导电行为。电导率和热导率均随温度升高呈上升趋势。通过第一性原理DFT和玻尔兹曼输运方程理解了实验观测到的热电性质。费米能级附近态密度中的赝能隙表征了这些化合物的半金属行为。多能带电子和空穴口袋被认为是输运性质温度依赖性的主要原因。实验功率因子在310 K时对于TaSb $_2$ 和NbSb $_2$ 分别约为0.09和0.42 mW m $^{-1}$ K $^{-2}$ 。基于DFT计算，预测p型导电的最大可能功率因子约为1.14和1.74 mW m $^{-1}$ K $^{-2}$ ，而对于n型TaSb $_2$ 和NbSb $_2$ ，在300 K及相应的掺杂浓度下，这些值分别约为1.16和1.80 mW m $^{-1}$ K $^{-2}$ 。本研究表明，结合DFT与玻尔兹曼输运理论能够较好地解释实验输运性质，并预测了中等的功率因子。

关键词

热电性质白铁矿型化合物 MSb$_2$ 塞贝克系数密度泛函理论 (DFT) 玻尔兹曼输运方程功率因子

引用

@article{arxiv.2403.12484,
  title  = {Thermoelectric properties of marcasite-type compounds MSb$_2$ (M = Ta, Nb): A combined experimental and computational study},
  author = {Shamim Sk and Naoki Sato and Takao Mori},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2403.12484},
  year   = {2024}
}

白铁矿型化合物MSb$_2$ (M = Ta, Nb)的热电性质：实验与计算相结合的研究

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关键词

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