I ricercatori dell'Istituto di scienze fisiche Hefei dell'Accademia cinese delle scienze hanno progettato materiali Heusler Slater-Pauling (S-P) con una struttura unica che ricorda un cubo di Rubik. Questi materiali presentano proprietà simili a quelle dei semiconduttori e hanno potenziale nelle applicazioni termoelettriche.
"Nelle tradizionali leghe Heusler per semiconduttori, il numero di elettroni di valenza segue una regola specifica. Tuttavia, questi composti S-P Heusler sfidano questa regola pur mostrando un comportamento da semiconduttore", ha affermato Ti Zhuoyang, primo autore dello studio, "abbiamo spiegato le ragioni alla base di questi fenomeni in questo studio."
I risultati sono stati pubblicati in Physical Review B .
È stato previsto che alcuni composti Heusler fuori stechiometria presentino caratteristiche di semiconduttore. Tuttavia, il comportamento di legame in questi semiconduttori S-P e la relazione tra la loro struttura cristallina e le prestazioni termoelettriche sono rimasti poco chiari.
In questo studio, il team si è concentrato su due sistemi Heusler:Ti-Fe-Sb e M-Co-Sn (M =Ti, Zr, Hf). All'interno di questi due sistemi, hanno previsto il TiFe1,5 termodinamicamente stabile Sb e MCo1.33 Semiconduttori Sn S-P.
I ricercatori hanno spiegato ulteriormente il motivo delle proprietà uniche di questi composti.
Scavando più a fondo, i ricercatori hanno spiegato le proprietà uniche di questi composti. Oltre alle note geometrie locali half-Heusler (HH) e full-Heusler (FH), queste strutture SP contengono sottostrutture difettose HH (DH) e difettose FH (DF). Ciò è dovuto all'occupazione parziale di atomi Y (Fe o Co) nel sito 4d Wyckoff.
Una conseguenza interessante di ciò è la formazione di modelli di cubi di Rubik di secondo e terzo ordine in TiFe1.5 Sb e MCo1.33 Sn, attribuito al regolare accatastamento di tali sottostrutture.
Questa disposizione unica è fondamentale per la ridistribuzione degli elettroni all'interno del reticolo, portando alla formazione di un bandgap. Riduce inoltre la temperatura di Debye del fonone e migliora le vibrazioni anarmoniche, che a loro volta sopprimono la conduttività termica del reticolo.
Di conseguenza, questi materiali presentano conduttività termiche inferiori rispetto ai composti HH e FH convenzionali. In particolare, il valore zT calcolato del tipo p ZrCo1,33 Sn raggiunge 0,54 a 1.000 K, grazie al suo fattore di potenza elevato e alla bassa conduttività termica.
"Il nostro studio prevede semiconduttori S-P Heusler unici con eccezionali capacità termoelettriche e chiarisce il meccanismo fisico che guida la loro formazione", ha affermato Ti Zhuoyang.
Ulteriori informazioni: Zhuoyang Ti et al, Proprietà di legame dei semiconduttori Slater-Pauling Heusler simili a un cubo di Rubik per componenti termoelettrici, Revisione fisica B (2023). DOI:10.1103/PhysRevB.108.195203
Informazioni sul giornale: Revisione fisica B
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
