熱電材料在航天探測(cè)器、工業(yè)余熱廢熱回收利用等方面具有廣泛應(yīng)用，是材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的前沿課題。全赫斯勒化合物本身具有優(yōu)異的電學(xué)和機(jī)械性能、良好的熱穩(wěn)定性以及相對(duì)廉價(jià)的組成元素等大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用所需的諸多優(yōu)勢(shì)，是近年來(lái)被廣為研究的中高溫?zé)犭姴牧?。然而，每任意單位具有八個(gè)價(jià)電子的全赫斯勒合金一直受到人們的忽視。
近日，煙臺(tái)大學(xué)物理與電子信息學(xué)院戴振宏、趙銀昌教授團(tuán)隊(duì)采用第一性原理計(jì)算結(jié)合自洽聲子理論，壓縮感知技術(shù)、玻爾茲曼輸運(yùn)方程和電聲耦合理論，對(duì)每任意單位具有八個(gè)價(jià)電子全赫斯勒合金Na2KSb和X2CsSb (X=K，Rb)的力學(xué)、輸運(yùn)和熱電性質(zhì)進(jìn)行了深入的研究。戴振宏、趙銀昌教授團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)堿金屬在銻原子組成的剛性晶格框架中“rattling“運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致了Na2KSb，K2CsSb和Rb2CsSb中超低的晶格熱導(dǎo)率。力學(xué)性質(zhì)研究表明這三種合金都是脆性半導(dǎo)體，Rb2CsSb具有更強(qiáng)的彈性各向異性。電聲耦合計(jì)算表明，這三種全赫斯勒合金還具有優(yōu)異的電學(xué)輸運(yùn)性質(zhì)。因此，這類(lèi)材料是典型的聲子玻璃-電子晶體體系，具有優(yōu)異的熱電性能，在p型摻雜下的最大熱電品質(zhì)因數(shù)ZT接近2.8，遠(yuǎn)高于目前商用熱電材料PbTe的品質(zhì)因數(shù)ZT~1.0。此項(xiàng)研究為新型高效熱電器件設(shè)計(jì)奠定了可靠理論基礎(chǔ)，同時(shí)有助于全面理解每任意單位八個(gè)價(jià)電子全赫斯勒合金的物理性質(zhì)。
圖：計(jì)算的Na2KSb和X2CsSb (X=K，Rb)的熱電品質(zhì)因數(shù)
相關(guān)研究成果以”Theoretical prediction of mechanics, transport, and thermoelectric properties of full Heusler compounds Na2KSb and X2CsSb (X = K, Rb)”(全赫斯勒化合物Na2KSb and X2CsSb (X = K, Rb)力學(xué)、輸運(yùn)和熱電性質(zhì)的理論預(yù)測(cè))為題，于2022年5月20日發(fā)表在美國(guó)物理學(xué)會(huì)期刊PHYSICAL REVIEWB（《物理評(píng)論B》，自然指數(shù)收錄的82種期刊之一）。上述工作得到了國(guó)家自然科學(xué)金項(xiàng)目和山東省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助，趙銀昌和戴振宏教授為通訊作者。
文章鏈接:https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.105.184304
