第 4 族半赫斯勒合金的热电输运趋势
材料科学
2020-01-08 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
我们从第一性原理研究了 54 种不同第 4 族半赫斯勒（HH）合金的热电性质。电子输运用密度泛函理论结合由 方法辅助的混合泛函进行研究，而温度依赖有效势方法用于声子对热电优值 的贡献。声子热导率的计算包含了非谐声子-声子散射、同位素散射、合金散射和晶界散射。HH 合金具有 组成，此处研究的是第 4-9-15 族 (Ti,Zr,Hf)(Co,Rh,Ir)(As,Sb,Bi) 和第 4-10-14 族 (Ti,Zr,Hf)(Ni,Pd,Pt)(Ge,Sn,Pb)。发现热导率的电子部分对 及因此对应的最优掺杂水平有显著影响。此外，泛函的选择被发现显著影响热电性质，特别是对于呈现能带对齐特征的结构。当计入合金和晶界散射后，本征热导率显著降低，这也减小了热导率的分布范围。研究发现， 位（即由第 14 或 15 族元素占据的位点）上的亚晶格无序比由第 4 族元素占据的 位替代更为有效。计算证实 ZrNiSn、ZrCoSb 和 ZrCoBi 基合金展现出有前景的热电性质。在假设能获得足够高载流子浓度的前提下，还预测了其他几种 n 型和 p 型化合物可能是潜在优异的热电材料。本研究为 HH 合金的热电潜力提供了见解，并为优化多组分合金热电性能的策略提供了启示。
引用
@article{arxiv.1907.02845,
title = {Thermoelectric transport trends in group 4 half-Heusler alloys},
author = {Kristian Berland and Nina Shulumba and Olle Hellman and Clas Persson and Ole Martin Løvvik},
journal= {arXiv preprint arXiv:1907.02845},
year = {2020}
}