Distorsión discordante en GeMnTe cúbico y altas propiedades termoeléctricas de GeMnTe

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Física del estado sólido
• Productos térmicos

Sus antecedentes:

• GeMnTe2 exhibe una estructura de sal de roca cúbica, lo que lo convierte en un candidato para aplicaciones termoeléctricas a temperatura media.
• Los datos de dispersión de neutrones revelan distorsiones locales en GeMnTe2, con cationes de Ge2+ desplazados desde sitios octaédricos ideales.

Objetivo del estudio:

• Investigar el efecto de la aleación de SbTe en las propiedades termoeléctricas de GeMnTe2.
• Comprender los orígenes estructurales y electrónicos del rendimiento termoeléctrico mejorado.

Principales métodos:

• Análisis de la función de distribución de pares de los datos de dispersión total de neutrones.
• Aleación de GeMnTe2 con SbTe para ajustar la concentración del portador.
• Caracterización de las propiedades termoeléctricas, incluido el coeficiente de Seebeck, el factor de potencia y la conductividad térmica.

Principales resultados:

• GeMnTe2-15,1%SbTe muestra un coeficiente de Seebeck alto (> 200 μV K-1) en un amplio rango de temperaturas (300-823 K).
• La aleación demuestra una gran masa efectiva de densidad de estado y una alta movilidad ponderada, lo que resulta en un factor de potencia de 15 μWcm-1 K-2 a 823 K.
• La conductividad térmica de red muy baja (~ 0.5 Wm-1 K-1) a 823 K se atribuye a trastornos estructurales y nanopartículas.
• Se alcanzó un valor máximo de ZT de ~1,5 y un promedio de ZT (ZTave) de 0,96 entre 400 y 823 K.

Conclusiones:

• La aleación de SbTe ajusta efectivamente la estructura electrónica de GeMnTe2, mejorando sus propiedades termoeléctricas.
• Las complejidades estructurales, incluidos los cationes descentrados y el desorden, reducen significativamente la conductividad térmica de la red.
• La composición optimizada de GeMnTe2-15.1%SbTe muestra un potencial significativo como un material termoeléctrico eficiente a temperatura media.