De onderzoeksgroep van prof. Zhang Yongsheng aan de Hefei Institutes of Physical Science van de Chinese Academie van Wetenschappen heeft systematisch de thermo-elektrische (TE) eigenschappen onderzocht van drie pyriet-type IIB-VIA₂ dichalcogeniden (ZnS₂ , CdS₂ en CdSe₂ ), en onderzochten hun fysieke mechanismen en verschillende chemische trends.

Hun bevindingen zijn gepubliceerd in Physics Review B .

Door high-throughput berekeningen, de drie pyriet-type IIB-VIA2 dichalcogeniden (ZnS₂ , CdS₂ , en CdSe₂ ) met een eenvoudige kubische structuur en goedkope elementen waarvan door het team werd voorspeld dat ze veelbelovende TE-eigenschappen zouden hebben. Het gedetailleerde TE-gedrag en de fundamentele onderliggende fysieke mechanismen erachter blijven echter dubbelzinnig.

Voor deze studie onderzochten de onderzoekers de thermische en elektrische transporteigenschappen van de drie pyriet-type IIB-VIA2 dichalcogeniden, en evalueerden ze hun thermo-elektrische prestaties door gebruik te maken van nauwkeuriger methoden.

Na het berekenen en analyseren van de fonon-eigenschappen, concludeerden ze dat alle drie de pyriet-type dichalcogeniden gelokaliseerde hoogfrequente optische fononen hadden die werden bijgedragen door hun sterk covalent gebonden niet-metalen dimeren en zachte fonon-modi die werden bijgedragen door hun geratel als metaalatomen, wat resulteerde in hun sterke anharmoniciteiten en lage thermische geleidbaarheid.

Er zijn ook chemische trends waarbij zwaardere atoommassa's, grotere atomaire verplaatsingsparameters en langere bindingslengtes tussen metalen en niet-metalen atomen kunnen leiden tot zachtere fononfrequenties.

Bovendien vertoonden alle drie de verbindingen veelbelovende elektrische transporteigenschappen voor zowel p-type als n-type dotering vanwege hun grote dichtheid van toestanden effectieve massa's en kleine geleidbaarheid effectieve massa's, wat kan worden verklaard door de complexe niet-sferische iso-energie Fermi komt naar boven in de valentie- en geleidingsbanden.

Bovendien ontdekten ze dat de lage thermische geleidbaarheid van het rooster en de veelbelovende elektrische transporteigenschappen hebben bijgedragen aan hun uitstekende thermo-elektrische prestaties.

"Deze studie illustreert de effecten van de gelokaliseerde niet-metalen dimeren en de ratelende metaalatomen op de thermische transporteigenschappen, en het belang van verschillende effectieve dragermassa's voor elektrische transporteigenschappen in deze pyriet-type dichalcogeniden, die kunnen worden gebruikt om te voorspellen en optimaliseer de TE-eigenschappen van andere TE-verbindingen in de toekomst", zegt Jia Tiantian, eerste auteur van het onderzoek. + Verder verkennen

Wetenschappers ontdekken mechanismen achter thermo-elektrisch materiaal