研究揭示了具有热电应用潜力的魔方状赫斯勒材料

中国科学院合肥物质科学研究院的研究人员设计了一种类似魔方的独特结构的斯莱特-鲍林(SP)赫斯勒材料。这些材料表现出类似半导体的特性，并且在热电应用中具有潜力。

该研究的第一作者TiZhuoyang表示：“在传统的半导体霍斯勒合金中，价电子的数量遵循特定的规则。然而，这些SP霍斯勒化合物违反了这一规则，同时仍然表现出半导体行为。”这项研究中的这些现象。”

一些非化学计量赫斯勒化合物已被预测表现出半导体特性。然而，这些SP半导体中的键合行为及其晶体结构与热电性能之间的关系仍不清楚。

在这项研究中，该团队重点研究了两种Heusler体系：Ti-Fe-Sb和M-Co-Sn(M=Ti、Zr、Hf)。在这两个系统中，他们预测了热力学稳定的TiFe1.5Sb和MCo1.33SnSP半导体。

研究人员进一步解释了这些化合物具有独特性质的原因。

通过更深入的研究，研究人员解释了这些化合物的独特性质。除了已知的半赫斯勒(HH)和全赫斯勒(FH)局部几何形状外，这些SP结构还包含有缺陷的HH(DH)和有缺陷的FH(DF)子结构。这是由于Y原子(Fe或Co)在4d威科夫位点部分占据。

一个有趣的结果是在TiFe1.5Sb和MCo1.33Sn中形成了二阶和三阶魔方图案，这归因于这些子结构的规则堆叠。

这种独特的排列是晶格内电子重新分布的关键，从而导致带隙的形成。它还降低了声子德拜温度并增强了非简谐振动，从而抑制了晶格热导率。

因此，与传统的HH和FH化合物相比，这些材料表现出较低的导热率。特别是，由于其高功率因数和低热导率，p型ZrCo1.33Sn的计算zT值在1,000K时达到0.54。

“我们的研究预见了独特的SPHeusler半导体具有卓越的热电能力，并阐明了驱动其形成的物理机制，”TiZhuoyang说。

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