Figura 1. a. Estructuras cristalinas y enlaces entre átomos en los dicalcogenuros tipo pirita IIB-VIA2; b. La correspondiente primera zona de Brillouin y sus puntos de alta simetría. Crédito:Jia Tiantian
El grupo de investigación del profesor Zhang Yongsheng en los Institutos Hefei de Ciencias Físicas de la Academia de Ciencias de China ha investigado sistemáticamente las propiedades termoeléctricas (TE) de tres tipos de pirita IIB-VIA2 dicalcogenuros (ZnS2 , CDS2 y CdSe2 ), y exploró sus mecanismos físicos y varias tendencias químicas.
Sus hallazgos fueron publicados en Physics Review B .
A través de cálculos de alto rendimiento, los tres dicalcogenuros tipo pirita IIB-VIA2 (ZnS2 , CDS2 y CdSe2 ) con una estructura cúbica simple y elementos baratos había sido predicho por el equipo para poseer propiedades TE prometedoras. Sin embargo, los comportamientos TE detallados y los mecanismos físicos subyacentes fundamentales detrás de ellos siguen siendo ambiguos.
Para este estudio, los investigadores investigaron las propiedades de transporte térmico y eléctrico de los tres dicalcogenuros de tipo IIB-VIA2 de pirita y evaluaron sus prestaciones termoeléctricas aprovechando métodos más precisos.
Después de calcular y analizar las propiedades de los fonones, concluyeron que los tres dicalcogenuros de tipo pirita habían localizado fonones ópticos de alta frecuencia aportados por sus dímeros no metálicos fuertemente unidos covalentemente y modos de fonones blandos aportados por sus traqueteos como átomos metálicos, lo que resultó en sus fuertes anarmónicas. y bajas conductividades térmicas.
También hay tendencias químicas en las que masas atómicas más pesadas, parámetros de desplazamiento atómico más grandes y longitudes de enlace más largas entre átomos metálicos y no metálicos pueden conducir a frecuencias de fonones más suaves.
Figura 2. Densidades de fonones parciales calculadas de los estados. Crédito:Jia Tiantian
Figura 3. Factores de potencia calculados (a) y figuras de mérito (b) como funciones de la concentración de portadores para el dopaje tipo p y tipo n a 300 K en ZnS2, CdS2 y CdSe2 (de izquierda a derecha), respectivamente. Crédito:Jia Tiantian
Además, los tres compuestos mostraron propiedades de transporte eléctrico prometedoras para el dopaje de tipo p y tipo n debido a sus masas efectivas de gran densidad de estados y masas efectivas de conductividad pequeña, lo que podría explicarse por la isoenergía no esférica compleja. Superficies de Fermi en las bandas de valencia y conducción.
Más allá de eso, encontraron que la baja conductividad térmica de la red y las prometedoras propiedades de transporte eléctrico contribuyeron a sus excelentes rendimientos termoeléctricos.
"Este estudio ilustra los efectos de los dímeros no metálicos localizados y los átomos metálicos similares a traqueteos en las propiedades de transporte térmico, y la importancia de diferentes masas efectivas de portadores para las propiedades de transporte eléctrico en estos dicalcogenuros de tipo pirita, que podrían usarse para predecir y optimizar las propiedades TE de otros compuestos TE en el futuro", dijo Jia Tiantian, primer autor del estudio. Científicos descubren mecanismos detrás del material termoeléctrico
