锰掺杂 Co2NiSe4 纳米材料：基于 DFT+U 的热电、压电与电子性能耦合优化
材料科学
2025-09-08 v1 计算物理
摘要
为实现先进能源存储和转换技术中的多功能材料创建，本文评估了无掺杂和锰掺杂 Co2NiSe4 的结构、电子、磁性、热力学、机械、热电、压电和光学性质，基于第一性原理密度泛函理论（DFT+U）。该研究阐述了通过锰取代实现材料调控、其性能表现以及通过改变其电子结构和键合属性纳入多种物理场的潜在应用。结果表明，V 掺杂因在费米能级处更高的态密度和更强的自旋极化，显著改善了电导率和磁有序性。热力学计算显示在高温下熵的稳定化得到增强，机械分析表明弹性模量得到提升，表明结构完整性得到增强且未影响延展性。热电性能得到显著提升，5 at.% V 掺杂时在 900 K 处实现 ZT 约为 1.1 的最优值，得益于 Seebeck 系数、电导率和热导率的理想组合。此外，光学分析揭示了扩宽的吸收光谱、增强的介电响应、可调的反射率和能量损失光谱，可用于光子学及其他光电子器件。由于压电系数的提升，V 掺杂 Co2NiSe4 在纳米尺度机电系统中的应用前景得到进一步提升。上述结果的综合表明，V 掺杂 Co2NiSe4 作为下一代能源存储、热电发电和新型多功能传感器的通用材料平台具有广阔的应用前景。
关键词
引用
@article{arxiv.2509.05266,
title = {Vanadium-Engineered Co2NiSe4 Nanomaterial: Coupled Thermoelectric, Piezoelectric, and Electronic Optimization via DFT+U for Advanced Energy Applications},
author = {Ayesha Riaz and Sikander Azam and Qaiser Rafiq and Amin Ur Rahman and Qazi Muhammad Ahkam and Rafaqat Hussain and Rajwali Khan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.05266},
year = {2025}
}