熱電材料在航天探測器、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)和機械性能、良好的熱穩(wěn)定性以及相對廉價的組成元素等大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用所需的諸多優(yōu)勢，是近年來被廣為研究的中高溫熱電材料。然而，每任意單位具有八個價電子的全赫斯勒合金一直受到人們的忽視。
近日，煙臺大學(xué)物理與電子信息學(xué)院戴振宏、趙銀昌教授團隊采用第一性原理計算結(jié)合自洽聲子理論，壓縮感知技術(shù)、玻爾茲曼輸運方程和電聲耦合理論，對每任意單位具有八個價電子全赫斯勒合金Na2KSb和X2CsSb (X=K，Rb)的力學(xué)、輸運和熱電性質(zhì)進行了深入的研究。戴振宏、趙銀昌教授團隊發(fā)現(xiàn)堿金屬在銻原子組成的剛性晶格框架中“rattling“運動導(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具有更強的彈性各向異性。電聲耦合計算表明，這三種全赫斯勒合金還具有優(yōu)異的電學(xué)輸運性質(zhì)。因此，這類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，遠高于目前商用熱電材料PbTe的品質(zhì)因數(shù)ZT~1.0。此項研究為新型高效熱電器件設(shè)計奠定了可靠理論基礎(chǔ)，同時有助于全面理解每任意單位八個價電子全赫斯勒合金的物理性質(zhì)。
圖：計算的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)、輸運和熱電性質(zhì)的理論預(yù)測)為題，于2022年5月20日發(fā)表在美國物理學(xué)會期刊PHYSICAL REVIEWB（《物理評論B》，自然指數(shù)收錄的82種期刊之一）。上述工作得到了國家自然科學(xué)金項目和山東省自然科學(xué)基金等項目的資助，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
