Investigadores de los Institutos Hefei de Ciencias Físicas de la Academia de Ciencias de China han diseñado materiales de Slater-Pauling (S-P) Heusler con una estructura única que se asemeja a un cubo de Rubik. Estos materiales exhiben propiedades similares a las de los semiconductores y tienen potencial en aplicaciones termoeléctricas.
"En las aleaciones semiconductoras tradicionales de Heusler, el número de electrones de valencia sigue una regla específica. Sin embargo, estos compuestos S-P Heusler desafían esta regla y al mismo tiempo muestran un comportamiento semiconductor", dijo Ti Zhuoyang, primer autor del estudio, "explicamos las razones subyacentes de estos fenómenos en este estudio."
Los resultados fueron publicados en Physical Review B .
Se ha predicho que algunos compuestos de Heusler fuera de estequiometría exhiben características semiconductoras. Sin embargo, el comportamiento de enlace en estos semiconductores S-P y la relación entre su estructura cristalina y su rendimiento termoeléctrico siguen sin estar claros.
En este estudio, el equipo se centró en dos sistemas Heusler:Ti-Fe-Sb y M-Co-Sn (M =Ti, Zr, Hf). Dentro de estos dos sistemas, predijeron el TiFe termodinámicamente estable1,5 Sb y MCo1,33 Semiconductores Sn S-P.
Los investigadores explicaron además el motivo de las propiedades únicas de estos compuestos.
Profundizando más, los investigadores explicaron las propiedades únicas de estos compuestos. Además de las geometrías locales conocidas de medio Heusler (HH) y Heusler completo (FH), estas estructuras SP contienen subestructuras defectuosas-HH (DH) y defectuosas-FH (DF). Esto se debe a la ocupación parcial de los átomos de Y (Fe o Co) en el sitio 4d Wyckoff.
Una consecuencia intrigante de esto es la formación de patrones de cubos de Rubik de segundo y tercer orden en TiFe1.5 Sb y MCo1,33 Sn, atribuido al apilamiento regular de estas subestructuras.
Esta disposición única es clave para la redistribución de electrones dentro de la red, lo que lleva a la formación de una banda prohibida. También reduce la temperatura del fonón Debye y mejora las vibraciones anarmónicas, que a su vez suprimen la conductividad térmica de la red.
Como resultado, estos materiales exhiben conductividades térmicas más bajas en comparación con los compuestos convencionales de HH y FH. En particular, el valor zT calculado del ZrCo tipo p1,33 El Sn alcanza 0,54 a 1.000 K, gracias a su alto factor de potencia y su baja conductividad térmica.
"Nuestro estudio prevé semiconductores S-P Heusler únicos con capacidades termoeléctricas excepcionales y aclara el mecanismo físico que impulsa su formación", dijo Ti Zhuoyang.
Más información: Zhuoyang Ti et al, Propiedades de enlace de semiconductores de Slater-Pauling Heusler tipo cubo de Rubik para termoeléctricos, Revisión física B (2023). DOI:10.1103/PhysRevB.108.195203
Información de la revista: Revisión física B
Proporcionado por la Academia China de Ciencias
