理解 LaCoO$_{3}$ 化合物的热电性质

我们展示了 LaCoO$_{3}$ 化合物在 300-600 K 温度范围内的热电（TE）性质。在 300 K 时，Seebeck 系数（$\alpha$）的实验值约为 $\sim$635 $\mu$V/K。$\alpha$ 的值随温度升高持续下降，在 $\sim$600 K 时降至 $\sim$46 $\mu$V/K。我们还结合第一性原理电子结构和 Boltzmann 输运计算，研究了该化合物的电子和热电性质。对化合物低自旋构型进行的 LSDA 加 Hubbard U（U= 2.75 eV）计算给出了 $\sim$0.5 eV 的能隙，这与实验报道的能隙接近。在 $\Gamma$ 点，空穴的有效质量（\textit{m$^{*}_h$}）几乎是沿 L 和 T 方向 FB 点电子有效质量（\textit{m$^{*}_e$}）的两倍，而沿 $\Gamma$ 方向 FB 点的 \textit{m$^{*}_e$} 几乎是沿 FB 方向 $\Gamma$ 点 \textit{m$^{*}_h$} 的八倍。沿 $\Gamma$ 方向 FB 点的大有效质量表明，该化合物的热电性质主要由该方向上载流子的有效质量决定。计算得到的 $\alpha$ 随温度变化的值在 300-360 K 温度范围内与实验数据吻合得相当好，高于此温度时观察到轻微偏差。在 1100 K 时，\textit{n} 型掺杂化合物的功率因子（PF）值约为 \textit{p} 型掺杂化合物的 $\sim$1.3 倍。在 600-1100 K 温度范围内，\textit{n} 型掺杂化合物的热电优值（\textit{ZT}）约为 $\sim$0.35，这表明通过适当的 \textit{n} 型掺杂，该化合物可在高温区域用作良好的热电材料。