Des chercheurs des instituts Hefei des sciences physiques de l'Académie chinoise des sciences ont conçu des matériaux Slater-Pauling (S-P) Heusler avec une structure unique ressemblant à un Rubik's cube. Ces matériaux présentent des propriétés similaires à celles des semi-conducteurs et ont un potentiel dans les applications thermoélectriques.
"Dans les alliages Heusler semi-conducteurs traditionnels, le nombre d'électrons de valence suit une règle spécifique. Cependant, ces composés S-P Heusler défient cette règle tout en affichant un comportement semi-conducteur", a déclaré Ti Zhuoyang, premier auteur de l'étude, "nous avons expliqué les raisons sous-jacentes de leur comportement. ces phénomènes dans cette étude."
Les résultats ont été publiés dans Physical Review B .
Il a été prévu que certains composés Heusler hors stœchiométrie présentent des caractéristiques semi-conductrices. Cependant, le comportement de liaison dans ces semi-conducteurs SP et la relation entre leur structure cristalline et leurs performances thermoélectriques restent flous.
Dans cette étude, l'équipe s'est concentrée sur deux systèmes Heusler :Ti-Fe-Sb et M-Co-Sn (M =Ti, Zr, Hf). Au sein de ces deux systèmes, ils ont prédit le TiFe1,5 thermodynamiquement stable. Sb et MCo1.33 Semi-conducteurs Sn S-P.
Les chercheurs ont en outre expliqué la raison des propriétés uniques de ces composés.
En creusant plus profondément, les chercheurs ont expliqué les propriétés uniques de ces composés. En plus des géométries locales connues demi-Heusler (HH) et full-Heusler (FH), ces structures SP contiennent des sous-structures défectueuses-HH (DH) et défectueuses-FH (DF). Cela est dû à l'occupation partielle des atomes Y (Fe ou Co) sur le site 4d Wyckoff.
Une conséquence intrigante de ceci est la formation de modèles de Rubik's Cube de deuxième et troisième ordre dans TiFe1.5 Sb et MCo1.33 Sn, attribué à l'empilement régulier de ces sous-structures.
Cet arrangement unique est la clé de la redistribution des électrons au sein du réseau, conduisant à la formation d’une bande interdite. Il réduit également la température du phonon Debye et améliore les vibrations anharmoniques, qui à leur tour suppriment la conductivité thermique du réseau.
En conséquence, ces matériaux présentent des conductivités thermiques inférieures à celles des composés HH et FH conventionnels. En particulier, la valeur zT calculée du ZrCo de type p1,33 Sn atteint 0,54 à 1 000 K, grâce à son facteur de puissance élevé et sa faible conductivité thermique.
"Notre étude prévoit des semi-conducteurs S-P Heusler uniques dotés de capacités thermoélectriques exceptionnelles et clarifie le mécanisme physique à l'origine de leur formation", a déclaré Ti Zhuoyang.
Plus d'informations : Zhuoyang Ti et al, Propriétés de liaison des semi-conducteurs Slater-Pauling Heusler de type Rubik's-cube pour l'énergie thermoélectrique, Revue physique B (2023). DOI :10.1103/PhysRevB.108.195203
Informations sur le journal : Examen physique B
Fourni par l'Académie chinoise des sciences
