Figur 1. a. Kristallstrukturer och bindningar mellan atomer i dikalkogeniderna av pyrittyp IIB-VIA2; b. Motsvarande första Brillouin-zon och dess högsymmetripunkter. Kredit:Jia Tiantian
Prof. Zhang Yongshengs forskargrupp vid Hefei Institutes of Physical Science vid den kinesiska vetenskapsakademin har systematiskt undersökt de termoelektriska (TE) egenskaperna hos tre pyrittyp IIB-VIA2 dikalkogenider (ZnS2 , CdS2 och CdSe2 ), och utforskade deras fysikaliska mekanismer och flera kemiska trender.
Deras resultat publicerades i Physics Review B .
Genom högkapacitetsberäkningar kan de tre dikalkogeniderna av pyrittyp IIB-VIA2 (ZnS2 , CdS2 och CdSe2 ) med enkel kubisk struktur och billiga element hade förutspåtts ha lovande TE-egenskaper av teamet. De detaljerade TE-beteendena och de grundläggande underliggande fysiska mekanismerna bakom dem är dock fortfarande tvetydiga.
För denna studie undersökte forskarna de termiska och elektriska transportegenskaperna hos de tre dikalkogeniderna av pyrittyp IIB-VIA2 och utvärderade deras termoelektriska prestanda med hjälp av mer exakta metoder.
Efter att ha beräknat och analyserat fononegenskaperna drog de slutsatsen att alla tre dikalkogenider av pyrittyp hade lokaliserade högfrekventa optiska fononer bidragit med deras starkt kovalent bundna icke-metalliska dimerer och mjuka fononlägen som bidragit till att de skramlade som metallatomer, vilket resulterade i deras starka anharmoniciteter. och låg värmeledningsförmåga.
Det finns också kemiska trender där tyngre atommassor, större atomförskjutningsparametrar och längre bindningslängder mellan metalliska och icke-metalliska atomer kan leda till mjukare fononfrekvenser.
Figur 2. Beräknade partiella fonondensiteter av tillstånd. Kredit:Jia Tiantian
Figur 3. Beräknade effektfaktorer (a) och värdesiffror (b) som funktioner av bärarkoncentrationen för p-typ och n-typ dopning vid 300 K i ZnS2, CdS2 respektive CdSe2 (från vänster till höger). Kredit:Jia Tiantian
Dessutom visade alla de tre föreningarna lovande elektriska transportegenskaper för dopning av både p-typ och n-typ på grund av deras stora densitet-av-tillstånd effektiva massor och små konduktivitet effektiva massor, vilket kan förklaras av den komplexa icke-sfäriska iso-energin Fermiytor i valens- och ledningsbanden.
Utöver det fann de att den låga värmeledningsförmågan och de lovande elektriska transportegenskaperna bidrog till deras utmärkta termoelektriska prestanda.
"Denna studie illustrerar effekterna av de lokaliserade icke-metalliska dimererna och de skramlande metallatomerna på de termiska transportegenskaperna, och betydelsen av olika bärareffektiva massor för elektriska transportegenskaper i dessa dikalkogenider av pyrittyp, som skulle kunna användas för att förutsäga och optimera TE-egenskaperna hos andra TE-föreningar i framtiden", säger Jia Tiantian, första författare till studien. + Utforska vidare
