Figura 1. a. Strutture cristalline e legami tra atomi nei dicalcogenuri di tipo pirite IIB-VIA2; b. La corrispondente prima zona di Brillouin e i suoi punti di alta simmetria. Credito:Jia Tiantian
Il gruppo di ricerca del Prof. Zhang Yongsheng presso l'Hefei Institutes of Physical Sciences dell'Accademia cinese delle scienze ha studiato sistematicamente le proprietà termoelettriche (TE) di tre tipi di pirite IIB-VIA2 dichalcogenides (ZnS2 , CdS2 e CdSe2 ), e ne ha esplorato i meccanismi fisici e diverse tendenze chimiche.
I loro risultati sono stati pubblicati in Physics Review B .
Attraverso calcoli ad alto rendimento, i tre dicalcogenuri IIB-VIA2 di tipo pirite (ZnS2 , CdS2 e CdSe2 ) con una struttura cubica semplice ed elementi economici, il team aveva previsto che possedessero proprietà TE promettenti. Tuttavia, i comportamenti TE dettagliati e i meccanismi fisici sottostanti fondamentali dietro di essi rimangono ancora ambigui.
Per questo studio, i ricercatori hanno studiato le proprietà di trasporto termico ed elettrico dei tre dicalcogenuri di tipo pirite IIB-VIA2 e hanno valutato le loro prestazioni termoelettriche sfruttando metodi più accurati.
Dopo aver calcolato e analizzato le proprietà dei fononi, hanno concluso che tutti e tre i dicalcogenuri di tipo pirite avevano fononi ottici ad alta frequenza localizzati forniti dai loro dimeri non metallici fortemente legati in modo covalente e dai modi dei fononi morbidi contribuiti dal loro tintinnio come atomi di metallo, il che ha provocato le loro forti anarmonicità e bassa conducibilità termica.
Esistono anche tendenze chimiche in cui masse atomiche più pesanti, parametri di spostamento atomico più grandi e lunghezze di legame più lunghe tra atomi metallici e non metallici possono portare a frequenze fononiche più morbide.
Figura 2. Densità fononiche parziali calcolate degli stati. Credito:Jia Tiantian
Figura 3. Fattori di potenza calcolati (a) e figure di merito (b) come funzioni della concentrazione del portatore per il drogaggio di tipo p e di tipo n a 300 K rispettivamente in ZnS2, CdS2 e CdSe2 (da sinistra a destra). Credito:Jia Tiantian
Inoltre, tutti e tre i composti hanno mostrato proprietà di trasporto elettrico promettenti sia per il drogaggio di tipo p che di tipo n a causa delle loro grandi masse effettive di densità di stati e masse effettive di piccola conduttività, che potrebbero essere spiegate dalla complessa energia iso non sferica Superfici di Fermi nelle bande di valenza e di conduzione.
Oltre a ciò, hanno scoperto che la conduttività termica del reticolo basso e le promettenti proprietà di trasporto elettrico hanno contribuito alle loro eccellenti prestazioni termoelettriche.
"Questo studio illustra gli effetti dei dimeri non metallici localizzati e degli atomi di metallo simili a tintinnio sulle proprietà di trasporto termico e l'importanza di diverse masse efficaci del vettore per le proprietà di trasporto elettrico in questi dicalcogenuri di tipo pirite, che potrebbero essere utilizzati per prevedere e ottimizzare le proprietà TE di altri composti TE in futuro", ha affermato Jia Tiantian, primo autore dello studio. + Esplora ulteriormente
