Zintl相化合物毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}(x = 0, 1, 2)层:电子、声子和热电性质从从头开始计算gydF4y2B一个

介绍gydF4y2B一个

术语Zintl阶段是首先提出的f·莱夫斯(gydF4y2B一个Kauzlarich et al ., 2007gydF4y2B一个;gydF4y2B一个Kauzlarich et al ., 2016gydF4y2B一个),作为一个德国科学家,表示材料在金属间化合物的一般类的集合,和化合物可以被理解为一个正式的电子转移从一个带正电荷的金属元素带负电。特别是,富人Zintl相化合物的化学和结构复杂的进化成为一系列承诺热电(TE)材料,因为它们“phonon-glass electron-crystal (PGEC)”(gydF4y2B一个帅et al ., 2017gydF4y2B一个;gydF4y2B一个罗,2018gydF4y2B一个)结构。理想的概念提供了一个高性能TE材料应该有一个很好的晶体的导电性,但也有更高的phonon-scattering率像玻璃,阳离子的区域作为“phonon-glass”和阴离子区域扮演“电子晶体”改变声子热和电子传输特性。更有趣的是,结构的复杂性Zintl相化合物的多样性主要表现在阴离子组成的框架内部共价键和阴离子框架大致可以分为零维(0 d)集群,一维(1 d)链,二维(2 d)平面,和复杂的三维(3 d)网络结构按照空间扩展。0 d集群结构包括SrgydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}AlSbgydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}(gydF4y2B一个Zevalkink et al ., 2013gydF4y2B一个)和YbgydF4y2B一个_{14gydF4y2B一个}MnSbgydF4y2B一个_{11gydF4y2B一个}(gydF4y2B一个布朗et al ., 2006gydF4y2B一个),YbgydF4y2B一个_{14gydF4y2B一个}MnSbgydF4y2B一个_{11gydF4y2B一个}在高温区域可以达到1,Sr的最大塞贝克系数gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}AlSbgydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}是500μV KgydF4y2B一个^{−1gydF4y2B一个}在中温度区域。在此,品质因数定义为gydF4y2B一个 $\mathrm{ZgydF4y2B一个}\mathrm{TgydF4y2B一个}$ (gydF4y2B一个 $\mathrm{ZgydF4y2B一个}\mathrm{TgydF4y2B一个}=gydF4y2B一个\mathrm{\sigma gydF4y2B一个}{\mathrm{年代gydF4y2B一个}}^{\mathrm{2gydF4y2B一个}}\mathrm{TgydF4y2B一个}/gydF4y2B一个(gydF4y2B一个{\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{egydF4y2B一个}}+gydF4y2B一个{\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}})gydF4y2B一个$ ),gydF4y2B一个 $\mathrm{\sigma gydF4y2B一个}$ 代表的导电性,gydF4y2B一个 $\mathrm{年代gydF4y2B一个}$ 代表塞贝克系数,gydF4y2B一个 $\mathrm{TgydF4y2B一个}$ 是绝对温度。gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{egydF4y2B一个}}$ 和gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}$ 分别是电子和晶格热导率。接下来,Sr3GaSb3 (gydF4y2B一个Zevalkink et al ., 2012gydF4y2B一个)和一个gydF4y2B一个_{5gydF4y2B一个}SngydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}作为gydF4y2B一个_{6gydF4y2B一个}(= Sr和欧盟)(gydF4y2B一个王et al ., 2012gydF4y2B一个)表示一维链结构,最大的地方gydF4y2B一个 $\mathrm{ZgydF4y2B一个}\mathrm{TgydF4y2B一个}$ 老的gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}TGaSbgydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}在1000 K可以超过0.9通过掺杂锌元素。与此同时,结合巴格的2 d平面结构gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}PngydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}(= P) (gydF4y2B一个他et al ., 2010年gydF4y2B一个)和YbGdgydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}(gydF4y2B一个2007年夏,BobevgydF4y2B一个)。三维网络结构的代表的混合物(CoSb3) (gydF4y2B一个施et al ., 2005gydF4y2B一个;gydF4y2B一个刘et al ., 2020gydF4y2B一个),这是一种接近理想的“PGEC”更高gydF4y2B一个 $\mathrm{年代gydF4y2B一个}$ (200μV KgydF4y2B一个^{−1gydF4y2B一个})和功率因数(gydF4y2B一个 $\mathrm{\sigma gydF4y2B一个}{\mathrm{年代gydF4y2B一个}}^{\mathrm{2gydF4y2B一个}}$ )(30μW厘米gydF4y2B一个^{−1gydF4y2B一个}KgydF4y2B一个^{−1gydF4y2B一个}),而晶格热导率越高将抑制其TE的性能。gydF4y2B一个

最近,毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}化合物已经成为最广泛的研究了TE材料由于其丰富而便宜的组成元素。实验测量和理论计算建议gydF4y2B一个 $\mathrm{ZgydF4y2B一个}\mathrm{TgydF4y2B一个}$ 毫克的gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}可以达到1在高温地区,它有简单的合成,高熔点,优秀的机械稳定性(gydF4y2B一个Ohno et al ., 2018gydF4y2B一个;gydF4y2B一个施et al ., 2018gydF4y2B一个)。值得注意的是,毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}(SbBi)gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}合金会减少Mg的有效质量gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}并进一步提高载流子迁移率(gydF4y2B一个Imasato et al ., 2018gydF4y2B一个)。与此同时,据报道,n型毫克的Bi含量增加gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}化合物可以显著提高低温gydF4y2B一个 $\mathrm{ZgydF4y2B一个}\mathrm{TgydF4y2B一个}$ 值(gydF4y2B一个Imasato et al ., 2018gydF4y2B一个;gydF4y2B一个蜀et al ., 2019gydF4y2B一个),它甚至与n型BigydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}TegydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}。然而,它的设计和显示gydF4y2B一个 $\mathrm{ZgydF4y2B一个}\mathrm{TgydF4y2B一个}$ 1.85毫克gydF4y2B一个_{3.195gydF4y2B一个}锰gydF4y2B一个_{0.05gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{1.5gydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{0.49gydF4y2B一个}TegydF4y2B一个_{0.01gydF4y2B一个}在723 K可以达到1.85 (gydF4y2B一个陈et al ., 2018gydF4y2B一个),它仍然是低于一类优越TE SnSe等材料(2.8∼773 K) (gydF4y2B一个赵et al ., 2014gydF4y2B一个;gydF4y2B一个赵et al ., 2016gydF4y2B一个;gydF4y2B一个Chang et al ., 2018gydF4y2B一个)。上述研究主要集中在3 d的TE运输性质Zintl阶段毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}(x = 0、1和2)的家庭。根据二维量子约束效应(gydF4y2B一个希克斯和文,1993年gydF4y2B一个;gydF4y2B一个曾庆红等人。,2018年gydF4y2B一个),我们知道减少维度3 d材料不仅可以减少gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}$ 但也避免出现穷人TE性能在某些晶体取向。前面的工作建议gydF4y2B一个ZT型gydF4y2B一个2 d Mg的价值gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}在900 K可以增加到2.5,接近创纪录的高值大于三维结构(gydF4y2B一个黄et al ., 2019gydF4y2B一个)。3 d的TE性能Zintl阶段毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}化合物,作为一个典型的分层TE材料家族,通过降维方法可能会进一步提高。然而,很少2 d Zintl阶段毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}化合物已经被研究过,有必要进一步探索的TE的背后机制的性能。gydF4y2B一个

在这项工作中,我们采用基于计算执行结合耳背式和EPA近似(作为预测方法比形变势近似方法)(gydF4y2B一个Samsonidze Kozinsky, 2018gydF4y2B一个)系统地计算,详细分析了声子热和TE运输2 d Mg的属性gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}在一个大范围的温度。它是发现,通过理论计算,2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}(x = 0, 1, 2)化合物具有异常gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}$ 趋势(gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}^{\mathrm{米gydF4y2B一个}{\mathrm{ggydF4y2B一个}}_{\mathrm{3gydF4y2B一个}}\mathrm{年代gydF4y2B一个}\mathrm{bgydF4y2B一个}\mathrm{BgydF4y2B一个}\mathrm{我gydF4y2B一个}}>gydF4y2B一个{\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}^{\mathrm{米gydF4y2B一个}{\mathrm{ggydF4y2B一个}}_{\mathrm{3gydF4y2B一个}}\mathrm{年代gydF4y2B一个}{\mathrm{bgydF4y2B一个}}_{\mathrm{2gydF4y2B一个}}}>gydF4y2B一个{\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}^{\mathrm{米gydF4y2B一个}{\mathrm{ggydF4y2B一个}}_{\mathrm{3gydF4y2B一个}}\mathrm{BgydF4y2B一个}{\mathrm{我gydF4y2B一个}}_{\mathrm{2gydF4y2B一个}}}$ ),这违背了共同的理论(重原子质量相似的材料通常对应于低gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}$ )。我们阐明这种反常现象的原因发生在2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}定量比较结构的声子热容,声子群速度,声子寿命、非简谐振动,电荷转移和共享,而且债券的特点。同时,我们进一步计算电气传输特性2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}包括gydF4y2B一个 $\mathrm{\sigma gydF4y2B一个}$ ,gydF4y2B一个 $\mathrm{年代gydF4y2B一个}$ ,gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{egydF4y2B一个}}$ 化学势,TE性能的函数对不同温度下的费米能级。加速我们的结果将提供一个理论依据TE 2 d Zintl阶段材料的应用,为预测的新方法,探索超高TE PGEC家庭材料性能。gydF4y2B一个

计算的细节gydF4y2B一个

声子热传输特性和电气平面波伪势方法计算了在密度泛函理论(DFT) (gydF4y2B一个霍恩和科恩,1964gydF4y2B一个),这是使用在维也纳从头开始模拟包(VASP) (gydF4y2B一个Kresse Furthmuller, 1996gydF4y2B一个)软件以及投影仪augmented-wave(爪子)潜力(gydF4y2B一个Bliichl 1994gydF4y2B一个)。确保良好的电子和离子的结构优化,收敛的平面波截止能量2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}化合物被设置为500 eV, Monkhorst-PackgydF4y2B一个kgydF4y2B一个分15×15×1的网格被用来确保准确的计算。Hellmann-Feynman力量收敛阈值10gydF4y2B一个^{4gydF4y2B一个}电动汽车的gydF4y2B一个^{−1gydF4y2B一个}采用,两个步骤之间的能量收敛阈值设置为10吗gydF4y2B一个^{6gydF4y2B一个}电动汽车。为了避免相邻层之间的相互作用的影响,2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}20单位细胞增加了一个真空板沿厚度gydF4y2B一个平面外gydF4y2B一个方向。我们下一个使用Perdew电子能带结构计算,伯克,Ernzerhof (PBE)功能(gydF4y2B一个Perdew et al ., 1996gydF4y2B一个)和混合Heyd-Scuseria-Ernzerhof (HSE06)功能(gydF4y2B一个支付et al ., 2006gydF4y2B一个),不同功能设计为2 d Mg乐队获得准确的结果gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}材料。的gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}$ 通过求解线性化耳背式计算是实现ShengBTE软件(gydF4y2B一个李et al ., 2014gydF4y2B一个),然后考虑有效的指控和介电常数影响生于所选化合物。与此同时,电子传输系数计算完全通过求解半经典耳背式在EPA近似(完全采用电子声子相互作用的计算)详细描述(见gydF4y2B一个补充材料gydF4y2B一个在优秀的工作(gydF4y2B一个Samsonidze Kozinsky, 2018gydF4y2B一个)。gydF4y2B一个

结果和讨论gydF4y2B一个

在此,2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}(x = 0, 1, 2)化合物属于典型的六角结构空间群gydF4y2B一个PgydF4y2B一个3gydF4y2B一个米gydF4y2B一个1(156号)是由阳离子层毫克gydF4y2B一个^{2 +gydF4y2B一个}和阴离子层(毫克gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}(某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个})]gydF4y2B一个^{2−gydF4y2B一个}所示gydF4y2B一个图1gydF4y2B一个。人们已经发现,离子Mg之间的债券gydF4y2B一个^{2 +gydF4y2B一个}层和共价(毫克gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}(某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个})]gydF4y2B一个^{2−gydF4y2B一个}层可以被生产相应的二维材料(gydF4y2B一个Gorai et al .,请来2016gydF4y2B一个;gydF4y2B一个Zhang et al ., 2018gydF4y2B一个)。gydF4y2B一个图1 a, BgydF4y2B一个代表示意图说明的2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}(x = 0、1和2),及其在PBE-level晶格常数计算,4.736,4.794和4.843,分别,这是接近的晶格参数对应的3 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}(4.573)(gydF4y2B一个黄et al ., 2019gydF4y2B一个)和3 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}(4.666)(gydF4y2B一个张和球队,2019年gydF4y2B一个)。与此同时,在2 d的结构弛豫毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个},我们没有考虑太弱的范德华作用,据报道,在之前的调查工作(gydF4y2B一个Zhang et al ., 2018gydF4y2B一个)。与此同时,我们也给第一布里渊区路径(Γ-M-K-Γ)high-symmetry点,叫Γ(0,0,0),M(1/2, 0, 0),和K(1/3, 1/3, 0),如所示gydF4y2B一个图1 cgydF4y2B一个。显然看出两例Mg原子存在于原始细胞的2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}名叫Mg1和Mg2(见插图的gydF4y2B一个图2 b, D, FgydF4y2B一个。有趣的是,Mg和某人原子之间的相互作用引起的相应的电气性能已经得到证实,它可以发生在所有Mg1 Mg-Sb结合交互和Mg2病例n型掺杂毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}(gydF4y2B一个太阳et al ., 2019gydF4y2B一个)。因此,应该注意的是,2 d Mg的成键特征gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}化合物可以直接决定他们的电子和声子结构,从而起到关键作用的计算TE属性。gydF4y2B一个

2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}家庭中有五个原子的原始细胞,和相应的声子色散曲线和声子调和性结果中描述gydF4y2B一个图2gydF4y2B一个。我们发现上述化合物没有虚振动频率的声子色散曲线,表明动态稳定的2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}化合物在这项研究(gydF4y2B一个Chang et al ., 2021gydF4y2B一个)。与此同时,它可以从gydF4y2B一个图2gydF4y2B一个声学声子和低频的混合光学声子存在更强的声子散射过程,这表明较低gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}$ 在这些材料。从gydF4y2B一个图2 a、C、FgydF4y2B一个,它可以清楚地观察到该地区的彩色声子带隙(高频显著色散光学声子)与增加Bi atom内容逐渐减少,而这些光学声子在当前的化合物拥有零声子群速度,然后对声子热传输有一定的贡献。我们进一步跟踪这个现象通过比较atom-projected声子DOS Mg的某人,和Bi原子在这些相关化合物,作为中描述gydF4y2B一个图2 a, C, EgydF4y2B一个。的总声子DOS毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}和毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}SbBi层分解成两个不同的区域:Mg-site主要主导6 - 9太赫兹,和某人/ Bi-sites主要主导∼3太赫兹以下。奇怪的是,在毫克。gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}单层,声子DOS分解成三个不同的区域:Mg1-site主要主导6和8太赫兹之间,2和5太赫兹之间Mg2-site主要主导,Bi-sites主要主导∼2太赫兹以下。上述结果表明,声子的振动频率会更压缩与Bi原子质量增加,利益成为高性能TE材料,虽然它并不足以解释异常gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}$ 2 d Mg的变化gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}Bi增加化合物的原子质量。因此,迫切需要研究原子间力常数在Mg(行列)效果gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}家庭,可以直接确定声子热传导行为。gydF4y2B一个

图2 b, D, FgydF4y2B一个显示这些化合物之间的长程相互作用的存在,并进一步比较和分析之间的行列Mg / Bi原子,原子和某人的痕迹IFC的张量由跟踪规范化值自动调节IFC张量在上面的化合物。例如,second-nearest邻居,相隔4∼(包括Mg1-Sb1、Mg1-Sb2 Mg1-Mg2等,),互动,相媲美的tenth-nearest邻居,间距为∼9个,比first-neighbours弱相互作用gydF4y2B一个图2 bgydF4y2B一个。显然,规范化的国际金融公司有非常相似的现象在2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}SbBi和毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}在相同的结构,除了减少距离最近的邻居情况下通过增加Bi内容。这里,我们计算IFC张量的基础上,采用基于计算遵循(gydF4y2B一个李et al ., 2014gydF4y2B一个;gydF4y2B一个李et al ., 2020 agydF4y2B一个;gydF4y2B一个李et al ., 2020 bgydF4y2B一个):gydF4y2B一个

在哪里gydF4y2B一个 $\mathrm{EgydF4y2B一个}$ 和gydF4y2B一个 ${\mathrm{RgydF4y2B一个}}_{\mathrm{\alpha gydF4y2B一个}}$ 代表能量和原子位置gydF4y2B一个 $\mathrm{\alpha gydF4y2B一个}$ 方向,分别。通过张量计算IFC的痕迹,我们可以评估粘结刚度不管晶体结构或坐标系统:gydF4y2B一个

最后,计算归一化的跟踪self-interaction力常数的价值:gydF4y2B一个

此外,准确地描述相关的计算的行列gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}$ ,我们选择一个截止距离tenth-nearest邻居的2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}家庭。我们需要指出,Mg1原子存在于相对应的八面体站点周围6原子,这将提供2个电子(毫克gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}(某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个})]gydF4y2B一个^{2−gydF4y2B一个}网络,而Mg2原子存在于四面体网站4个相应的原子包围。的配置,详细化学成键分析3 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}据报道,这两种不同的Mg原子网站提供一个类似的键字符应对转让费用+ 1.51 + 1.47,分别为(gydF4y2B一个Zhang et al ., 2019gydF4y2B一个),与部分共价键和离子键居多的存在3 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}系统(gydF4y2B一个Zhang et al ., 2018gydF4y2B一个)。这些结果提供了一个合理的解释与声子导热性能的3 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}家庭。深入理解结合性格和量化的债券等级优势一对原子2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}化合物,我们下一个计算和分析转移和共享的指控和COHP集成“-COHP”(ICOHP)最近邻原子在接下来的部分。gydF4y2B一个

基于更精确的二、三阶IFC数据的归一化跟踪的行列,我们首先计算gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}$ 所选的三个Zintl-phase化合物所示gydF4y2B一个图3一gydF4y2B一个。每个材料都证明大致常见gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}$ ∼1 / T的行为。与此同时,众所周知,计算gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}$ 更敏感的选择吗gydF4y2B一个问gydF4y2B一个网格网格,我们设置一个gydF4y2B一个问gydF4y2B一个网格的网格100×100×1解决声子耳背式,然后获得的融合gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}$ 。由于对称的2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个},gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}$ 在两个平面的方向显示各向同性,所以只有一个值进行描述。从gydF4y2B一个图3一gydF4y2B一个2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}SbBi合金晶格热导率较高,而其平均相对原子质量之间的2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}和2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}。例如,我们的计算gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}$ 毫克的gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}、镁gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}SbBi,毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}单层膜在300 K是0.51,1.86,和0.25 W /可分别,这可能来自一个较小的位移和质量差异(与结合强度)引起的重原子(gydF4y2B一个李,Mingo 2014gydF4y2B一个;gydF4y2B一个杨et al ., 2020gydF4y2B一个)。如的插图所示gydF4y2B一个图3一gydF4y2B一个我们进一步研究gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}$ 变化之间的弛豫时间近似(等)和迭代求解(ITE)方法在三个材料,等结果低于尽管数据,表明翻转过程的主要功能在声子热传导行为。深入理解机制背后的有趣的现象,我们对声子频率相关累积进行详细分析gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}$ ,分解gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}$ 三个独立的部分(声子热容、群速度和声子寿命),和声子非谐性信息,如在gydF4y2B一个图3 b-ggydF4y2B一个。gydF4y2B一个

显然,随着累积的增加gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}$ 上面会变得微不足道∼2太赫兹的频率值三个化合物2 d Zintl阶段,建议降低光学和声学声子的重大贡献gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}$ (gydF4y2B一个图2gydF4y2B一个)。我们需要注意的是,2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}SbBi和2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}存在两个相对较小的形状区域(蓝色和红色标记)6和8太赫兹之间,因为更高的光学声子会被压缩,然后three-phonon散射过程中受益。进一步检查所有声子振动的贡献计算gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}$ 声子热容(gydF4y2B一个CgydF4y2B一个_{vgydF4y2B一个}在2 d毫克)gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}SbBi和2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}在对温度得到和演示gydF4y2B一个图3 bgydF4y2B一个前面的实验数据吻合较好,通过使用项目组合管理系统测量(gydF4y2B一个鑫et al ., 2018gydF4y2B一个)。的gydF4y2B一个CgydF4y2B一个_{vgydF4y2B一个}(服从gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}\propto gydF4y2B一个$ CgydF4y2B一个_{vgydF4y2B一个}这些化合物)在400 - 800 K温度范围内的很近(∼122 J / K摩尔)为所有三个材料,彼此和服从的经典极限Dulong-Petit法(gydF4y2B一个Fitzgerel Verhoek, 1960gydF4y2B一个)的插图所示gydF4y2B一个图3 cgydF4y2B一个。因此,这些微小的差异gydF4y2B一个CgydF4y2B一个_{vgydF4y2B一个}异常的主要原因吗gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}$ 趋势2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}系统。三个化合物,声子群速度(gydF4y2B一个vgydF4y2B一个_{ggydF4y2B一个})作为频率的函数绘制gydF4y2B一个图3 dgydF4y2B一个可以看到,它的群速度2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}是高于2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个},关闭的2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}SbBi截止频率低于1.5太赫兹,这表明计算gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}$ 2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}和2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}SbBi可能大致接近(以下规则gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}\propto gydF4y2B一个$ vgydF4y2B一个_{ggydF4y2B一个})。平均水平,我们表明,平均速度的2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}是0.43,0.39,和0.32公里/秒。然而,这显然是观察到gydF4y2B一个图3 dgydF4y2B一个这三个gydF4y2B一个vgydF4y2B一个_{ggydF4y2B一个}数据存在类似的分布,除了有显著差异(Mg的可观的速度gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}SbBi)频率介于6.5和8太赫兹左右,而变化符合上述声子色散曲线的斜率。gydF4y2B一个

有趣的是,没有一个gydF4y2B一个CgydF4y2B一个_{vgydF4y2B一个}和gydF4y2B一个vgydF4y2B一个_{ggydF4y2B一个}可以解释相对高gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}$ 2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}SbBi相比2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}系统。因此,我们可以得出结论,不正常gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}$ 趋势三个材料必须躺在不寻常的声子寿命(τ)绘制gydF4y2B一个图3 egydF4y2B一个。计算τ的2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}SbBi是远远超过其他两种材料的低(0 - 2太赫兹)和高频(6 - 8太赫兹)地区,这可能是因为抑制three-phonon散射过程的2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}SbBi,造成合金(质量差异发生在[毫克gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}(SbBi)]gydF4y2B一个^{2−gydF4y2B一个})。显然,这些变化趋势的τ毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}累积是一致的吗gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}$ 结果见gydF4y2B一个图3 bgydF4y2B一个。点阵动力学的理论,计算τ强烈依赖three-phonon散射相空间(gydF4y2B一个PgydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个})和格吕奈森参数(γ)中给出gydF4y2B一个图3 f, GgydF4y2B一个。在此,gydF4y2B一个PgydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}被定义为(gydF4y2B一个林赛和Broido, 2008年gydF4y2B一个;gydF4y2B一个彭et al ., 2016gydF4y2B一个;gydF4y2B一个杨et al ., 2020gydF4y2B一个):gydF4y2B一个

在哪里gydF4y2B一个 $\mathrm{\Theta gydF4y2B一个}$ 代表了一种归一化因子,gydF4y2B一个 ${\mathrm{DgydF4y2B一个}}_{\mathrm{\lambda gydF4y2B一个}}^{\pm gydF4y2B一个}(gydF4y2B一个\mathit{问gydF4y2B一个})gydF4y2B一个$ 代表了两种类型的three-phonon散射通道,也是两个声子DOS和动量守恒被强加gydF4y2B一个 ${\mathit{问gydF4y2B一个}}^{\prime gydF4y2B一个\prime gydF4y2B一个}$ (gydF4y2B一个大久保和田村,1983gydF4y2B一个)。从gydF4y2B一个图3 fgydF4y2B一个,它是显示gydF4y2B一个PgydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}SbBi小于这些其他的两种化合物在整个声子频率范围,这表明在二维声子毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}SbBi声子散射通道较少,导致相对较大的τ(gydF4y2B一个图3 egydF4y2B一个)相比,2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}和2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}材料。的其他重要因素的声子散射通道数量决定声子非简谐振动的力量存在,γ的定量描述,体现了多少声子频率随晶体体积。插图显示的gydF4y2B一个图3 ggydF4y2B一个,计算总γ2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}SbBi是∼−4.0,低于2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}(γ=∼−2.1)和2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}(γ= 2.2∼)在温度从300到800 K。因此,不规则地增加的gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}$ 从2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}SbBi, 2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}已经证明了分手的相对贡献吗gydF4y2B一个CgydF4y2B一个_{vgydF4y2B一个},gydF4y2B一个vgydF4y2B一个_{ggydF4y2B一个}τ,正如上面所讨论的。gydF4y2B一个

众所周知,TE优越性能在材料的结果从一个内在超低gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}$ ,从上面的声子导热的结果,它是非常必要的确认潜在的TE交通属性从2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}到2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}。我们首先计算了电子乐队结构2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}使用这两个函数绘制的潜力gydF4y2B一个图4 a - cgydF4y2B一个的原因,这可以直接解释高TE性能的材料。因为某人和Bi原子具有相同的最外层价电子(包括3gydF4y2B一个pgydF4y2B一个和2gydF4y2B一个年代gydF4y2B一个的斜率),这些乐队结构很相似。与此同时,计算带隙与PBE HSE06潜力是2 d Mg的0.17和0.56 eVgydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}。因此,为了获得更精确的值,我们进行HSE06正确的带结构,和消极的带隙发生在2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}(gydF4y2B一个图4 cgydF4y2B一个)。此外,我们发现的最大价带位于Γ点选择的化合物,由于统治Mg-Sb / Bi键相互作用(gydF4y2B一个太阳et al ., 2019gydF4y2B一个;gydF4y2B一个木头et al ., 2020gydF4y2B一个),而导带的位置最低Γ和M路径之间,同一Γ点,2 dΓ点毫克左右gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}SbBi, 2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个},分别。进一步的描述和探索的化学键性质背后的机制2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个},我们还计算了精灵和COHP集成pCOHP (-pCOHP)绘制gydF4y2B一个图4 d - igydF4y2B一个。与此同时,三个精灵值0,0.5,和1.0反映non-localized电子(none-charge密度),完全离域电子(电子gas-like结对现象),并完全本地化的电子(电子)的发生概率,分别为(gydF4y2B一个Silvi新疆圆柏,1994gydF4y2B一个;gydF4y2B一个悦et al ., 2017gydF4y2B一个;gydF4y2B一个吴et al ., 2020gydF4y2B一个)。可以清楚地看到,精灵Mg原子之间的价值和某人/ Bi原子逐渐减少与增加Bi元素在二维毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}在2 d系统,表明弱共价键毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}然后证明了其semi-metallic特性。在毫克精灵的低价值gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}单层也证实了较弱的和更低的共享指控中列出gydF4y2B一个表1gydF4y2B一个材料比其他两种结构中有更高的共享电子和更强的共价键。相应的费用变化在Mg的家庭gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}单层膜计算通过density-derived静电和化学(DDEC6)方法实现CHARGEMOL包(gydF4y2B一个Manz秘鲁首都利马,2016gydF4y2B一个)。与此同时,在毫克精灵值就越高gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}和毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}单层SbBi也验证高转移的指控gydF4y2B一个表1gydF4y2B一个因为更高的精灵通常表明更高浓度的局部电子在两个毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}和毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}SbBi Mg相比gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}单层膜。从gydF4y2B一个表1gydF4y2B一个,我们的分析表明,较高的两个原子之间的电负性差异增强了电子转移2 d所示毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}高电负性差异Mg和某人之间原子(高电荷转移)相比,2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}Mg和Bi原子之间的电负性差异较低(更低的电荷转移)。另一方面,在精灵Mg-Sb原子分布的价值2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}SbBi 2 d Mg相比要大得多gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}与相应的计算结果是在协议中所描绘的一样gydF4y2B一个图4 g, HgydF4y2B一个。的负值,横坐标代表反键交互,否则代表键相互作用的三个“-pCOHP”曲线。与此同时,绝对ICOHP(定义为gydF4y2B一个 $\mathrm{我gydF4y2B一个}\mathrm{CgydF4y2B一个}\mathrm{OgydF4y2B一个}\mathrm{HgydF4y2B一个}\mathrm{PgydF4y2B一个}=gydF4y2B一个\underset{-gydF4y2B一个\mathrm{\infty gydF4y2B一个}}{\overset{\mathrm{EgydF4y2B一个}}{{\displaystyle \int gydF4y2B一个}}}\mathrm{pgydF4y2B一个}\mathrm{CgydF4y2B一个}\mathrm{OgydF4y2B一个}\mathrm{HgydF4y2B一个}\mathrm{PgydF4y2B一个}(gydF4y2B一个\mathrm{EgydF4y2B一个})gydF4y2B一个\mathrm{dgydF4y2B一个}\mathrm{EgydF4y2B一个}$ )作为指标对键的强度,从而表明dgydF4y2B一个_{1gydF4y2B一个}交互趋势2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}(毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}SbBi >毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}>毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}),它是一致的gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}$ 的变化。然而,比较dgydF4y2B一个_{1gydF4y2B一个}在这些化合物相互作用,我们发现绝对ICOHP dgydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}总是小的。通常,一个较弱的债券可能导致声子活泼的行为,领先的声子模式软化,支持上面gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}$ 结果。gydF4y2B一个

通常情况下,几种方法,包括常数弛豫时间近似(gydF4y2B一个辛格和Mazin, 1997gydF4y2B一个;gydF4y2B一个马德森,2006gydF4y2B一个;gydF4y2B一个马德森和辛格2006gydF4y2B一个;gydF4y2B一个杨et al ., 2008gydF4y2B一个)、形变势近似(gydF4y2B一个Sjakste et al ., 2006gydF4y2B一个;gydF4y2B一个Murphy-Armando et al ., 2010gydF4y2B一个;gydF4y2B一个王et al ., 2011gydF4y2B一个)和沃尼埃插值(gydF4y2B一个Giustino et al ., 2007gydF4y2B一个;gydF4y2B一个贝尔纳迪et al ., 2014gydF4y2B一个;gydF4y2B一个邱et al ., 2015gydF4y2B一个),可以直接确定电子传输系数通过求解耳背式理论。在此,我们使用了EPA方法来计算相应的参数(gydF4y2B一个 $\mathrm{年代gydF4y2B一个}$ ,gydF4y2B一个 $\mathrm{\sigma gydF4y2B一个}$ ,gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{egydF4y2B一个}}$ )2 d Mg的家庭gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}化合物,被广泛验证之前的工作(gydF4y2B一个南et al ., 2021gydF4y2B一个;gydF4y2B一个Biele和D 'Agosta, 2022年gydF4y2B一个)。对于上述化合物,我们的变化gydF4y2B一个 $\mathrm{年代gydF4y2B一个}$ 和的值gydF4y2B一个μgydF4y2B一个在三个不同的温度gydF4y2B一个图5一个gydF4y2B一个。从图中清除出去,最大的价值gydF4y2B一个 $\mathrm{年代gydF4y2B一个}$ 900μV / K(毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}),750μV / K(毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}SbBi),和650μV / K(毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}分别在300 K),优于一些商业TE SnSe等材料(∼500μV / K) (gydF4y2B一个张和赵,2015年gydF4y2B一个)和BigydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}TegydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}(∼200μV / K) (gydF4y2B一个Poudel et al ., 2008gydF4y2B一个),这表明P / n型掺杂的高性能TE候选人材料2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}。与此同时,周围有两个明显的峰值gydF4y2B一个μgydF4y2B一个−gydF4y2B一个EgydF4y2B一个_{fgydF4y2B一个}∼0值,描述gydF4y2B一个 $\mathrm{年代gydF4y2B一个}$ 曲线,计算gydF4y2B一个 $\mathrm{年代gydF4y2B一个}$ 将快速下降时超出了范围。消极的gydF4y2B一个 $\mathrm{年代gydF4y2B一个}$ 值的三个研究复合小于相应的积极的价值观在∼0集聚地区,和上面的差异可以被理解的乐队结构(主要是将带隙)中显示gydF4y2B一个图4 a - cgydF4y2B一个。通过增加从2 d Mg Bi内容gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}到2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}隙逐渐减小,从而最大的绝对值gydF4y2B一个 $\mathrm{年代gydF4y2B一个}$ 减少。见gydF4y2B一个图5 bgydF4y2B一个,因为类似的电子能带结构中三个化合物,gydF4y2B一个 $\mathrm{\sigma gydF4y2B一个}$ 曲线代表了边坡在不同的温度下。此外,我们可以看到,计算gydF4y2B一个 $\mathrm{\sigma gydF4y2B一个}$ 值几乎大约增加增加的价值gydF4y2B一个μgydF4y2B一个所有学习材料,而这是相反的gydF4y2B一个 $\mathrm{年代gydF4y2B一个}$ ,表明这两个系数耦合不适宜地增强TE性能。此外,最大的gydF4y2B一个 $\mathrm{\sigma gydF4y2B一个}$ 值负化学和积极的化学势在家庭的2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}化合物几乎等于在300 K, 500 K, 700 K。gydF4y2B一个

众所周知,的趋势gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{egydF4y2B一个}}$ 是绑在gydF4y2B一个 $\mathrm{\sigma gydF4y2B一个}$ 曲线,gydF4y2B一个图5 cgydF4y2B一个显示的变化gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{egydF4y2B一个}}$ 与应对gydF4y2B一个μ−EgydF4y2B一个_{fgydF4y2B一个}在不同的温度下。有趣的是,我们可以观察到的最大值gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{egydF4y2B一个}}$ 为负gydF4y2B一个μgydF4y2B一个地区2.4 W /可(2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}),2.6 W /可(2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}SbBi)和2.8 W /可(2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}积极的化学势地区),而这些都是1.9 W /可(2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}),0.8 W /可(2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}SbBi)和1.6 W /可(2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}在300 K),分别计算gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{egydF4y2B一个}}$ 数据是接近等商业TE材料SnSe (∼2 W / mK) (gydF4y2B一个王et al ., 2015gydF4y2B一个)和BigydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}TegydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}(∼1 W /可)(gydF4y2B一个希克斯和文,1993年gydF4y2B一个)。结果表明,n型掺杂2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}成分可能具有更高的TE性能与相应的p型掺杂样品。基于上面的声子热传输和电子传输特性计算,我们展示了gydF4y2B一个ZT型gydF4y2B一个2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}作为一个功能的化合物gydF4y2B一个μ−EgydF4y2B一个_{fgydF4y2B一个}三个典型的温度(300 K, 500 K, 700 K)见gydF4y2B一个图5 dgydF4y2B一个。显然,gydF4y2B一个ZT型gydF4y2B一个在三个研究材料表现出不同的趋势,最大gydF4y2B一个ZT型gydF4y2B一个在700 K可以达到约1.6 (2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}),0.2 (2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}SbBi)和0.6 (2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}),分别。它可以清楚地观察到gydF4y2B一个图5 dgydF4y2B一个n型掺杂的TE性能不如p型掺杂的2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}SbBi和2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}化合物,是相反的2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个},和行为主要由Bi元素内容,然后改变电子乐队工程。gydF4y2B一个

结论gydF4y2B一个

总之,我们系统地研究了TE运输Mg的家庭的性质gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}(x = 0, 1, 2)层。我们的结果出现,三种典型材料具有极低的晶格热导率,包括2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}(0.51∼W /可),2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}SbBi (∼1.86 W /可),和2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}(∼0.25 W /可)在300 K,分别,而较重的原子质量的化合物通常具有较低的gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}$ 的基础上的传统(凯斯”和松弛的)理论。通过分解gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}$ ,结果表明,异常现象主要是由于声子寿命的影响,在毫克明显增大gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}SbBi合金系统。与此同时,所有这些示例展示一个转换从半导体到semimetallic Bi元素内容增加,表明重复合带隙窄。此外,耦合的gydF4y2B一个 ${\mathrm{\kappa gydF4y2B一个}}_{\mathrm{lgydF4y2B一个}}$ 以上,我们进一步获得最大gydF4y2B一个ZT型gydF4y2B一个值为1.6,0.2和0.6在700 K成立于n型掺杂2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个},p型掺杂2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}SbBi, p型掺杂2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个},分别。以上分析结果表明,增加Bi元素Zintl阶段2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}合金,这有利于减少学校电子热行为的常青藤盟校,未必会提高TE的性能和提供了一个新颖的监管方法,可以推广在其他Zintl阶段单层化合物。因此,为了获得最优gydF4y2B一个ZT型gydF4y2B一个在2 d毫克gydF4y2B一个_{3gydF4y2B一个}某人gydF4y2B一个_{2−gydF4y2B一个xgydF4y2B一个}BigydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}合金,某人和Bi元素内容(除了x = 0, 1, 2)需要进一步证明了耦合理论计算和实验测量。gydF4y2B一个

数据可用性声明gydF4y2B一个

最初的贡献提出了研究中都包含在这篇文章/gydF4y2B一个补充材料gydF4y2B一个,进一步的调查可以直接到相应的作者。gydF4y2B一个

作者的贡献gydF4y2B一个

佐,JM,肯塔基州,XZ和DT设计研究。佐:概念化、软件、形式分析,原创作品起草和编辑、数据管理。肯塔基州、MA-F和MH:正式的分析,Writing-review和编辑。生理改变、YG和海关进行计算。所有作者分析数据及结果讨论。gydF4y2B一个

资金gydF4y2B一个

这项工作得到了国家自然科学基金(批准号51720105007,52076031,11602149,51806031,52176166)和中央大学的基础研究基金(DUT19RC(3) 006],和计算资源从大连理工大学的超级计算机中心。研究报告在这个出版的部分支持由美国国家科学基金会(奖号码1905775,2030128)。gydF4y2B一个

的利益冲突gydF4y2B一个

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。gydF4y2B一个

出版商的注意gydF4y2B一个

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。gydF4y2B一个

补充材料gydF4y2B一个

本文的补充材料在网上可以找到:gydF4y2B一个https://www.雷竞技rebatfrontiersin.org/articles/10.3389/fmech.2022.876655/full补充材料gydF4y2B一个

引用gydF4y2B一个