Illustration 1. a. Structures cristallines et liaisons entre atomes dans les dichalcogénures de type pyrite IIB-VIA2 ; b. La première zone de Brillouin correspondante et ses points de haute symétrie. Crédit :Jia Tiantian
Le groupe de recherche du professeur Zhang Yongsheng aux instituts de sciences physiques Hefei de l'Académie chinoise des sciences a systématiquement étudié les propriétés thermoélectriques (TE) de trois types de pyrite IIB-VIA2 dichalcogénures (ZnS2 , CdS2 et CdSe2 ), et exploré leurs mécanismes physiques et plusieurs tendances chimiques.
Leurs découvertes ont été publiées dans Physics Review B .
Grâce à des calculs à haut débit, les trois dichalcogénures IIB-VIA2 de type pyrite (ZnS2 , CdS2 , et CdSe2 ) avec une structure cubique simple et des éléments bon marché avaient été prédits par l'équipe comme possédant des propriétés TE prometteuses. Cependant, les comportements détaillés des ET et les mécanismes physiques sous-jacents fondamentaux qui les sous-tendent restent encore ambigus.
Pour cette étude, les chercheurs ont étudié les propriétés de transport thermique et électrique des trois dichalcogénures IIB-VIA2 de type pyrite et évalué leurs performances thermoélectriques en tirant parti de méthodes plus précises.
Après avoir calculé et analysé les propriétés des phonons, ils ont conclu que les trois dichalcogénures de type pyrite avaient des phonons optiques à haute fréquence localisés contribués par leurs dimères non métalliques fortement liés par covalence et des modes de phonons mous contribués par leur cliquetis comme des atomes métalliques, ce qui a entraîné leurs fortes anharmonicités. et de faibles conductivités thermiques.
Il existe également des tendances chimiques où des masses atomiques plus lourdes, des paramètres de déplacement atomique plus grands et des longueurs de liaison plus longues entre les atomes métalliques et non métalliques peuvent conduire à des fréquences de phonons plus douces.
Figure 2. Densités partielles de phonons calculées des états. Crédit :Jia Tiantian
Figure 3. Facteurs de puissance calculés (a) et facteurs de mérite (b) en fonction de la concentration en porteurs pour le dopage de type p et de type n à 300 K dans ZnS2, CdS2 et CdSe2 (de gauche à droite), respectivement. Crédit :Jia Tiantian
De plus, les trois composés ont montré des propriétés de transport électrique prometteuses pour le dopage de type p et de type n en raison de leurs masses efficaces à grande densité d'états et de leurs masses efficaces à faible conductivité, ce qui pourrait s'expliquer par l'énergie iso non sphérique complexe. Surfaces de Fermi dans les bandes de valence et de conduction.
Au-delà de cela, ils ont découvert que la faible conductivité thermique du réseau et les propriétés prometteuses de transport électrique contribuaient à leurs excellentes performances thermoélectriques.
"Cette étude illustre les effets des dimères non métalliques localisés et des atomes métalliques de type cliquetis sur les propriétés de transport thermique, et l'importance de différentes masses effectives de porteurs pour les propriétés de transport électrique dans ces dichalcogénures de type pyrite, qui pourraient être utilisés pour prédire et optimiser les propriétés TE d'autres composés TE à l'avenir », a déclaré Jia Tiantian, premier auteur de l'étude. Des scientifiques découvrent les mécanismes derrière le matériau thermoélectrique
