Pesquisadores dos Institutos Hefei de Ciências Físicas da Academia Chinesa de Ciências projetaram materiais Slater-Pauling (SP) Heusler com uma estrutura única semelhante a um cubo de Rubik. Esses materiais exibem propriedades semelhantes às dos semicondutores e têm potencial em aplicações termoelétricas.



"Nas ligas Heusler de semicondutores tradicionais, o número de elétrons de valência segue uma regra específica. No entanto, esses compostos SP Heusler desafiam essa regra enquanto ainda exibem comportamento de semicondutor, "disse Ti Zhuoyang, primeiro autor do estudo, "explicamos as razões subjacentes para esses fenômenos neste estudo."

Os resultados foram publicados na Physical Review B .

Prevê-se que alguns compostos Heusler fora da estequiometria exibam características semicondutoras. No entanto, o comportamento de ligação nestes semicondutores SP e a relação entre a sua estrutura cristalina e o desempenho termoelétrico permanecem obscuros.

Neste estudo, a equipe se concentrou em dois sistemas Heusler:Ti-Fe-Sb e M-Co-Sn (M =Ti, Zr, Hf). Dentro desses dois sistemas, eles previram o TiFe termodinamicamente estável_1.5 Sb e MCo_1,33 Semicondutores Sn SP.

Os pesquisadores explicaram ainda a razão das propriedades únicas desses compostos.

Indo mais fundo, os pesquisadores explicaram as propriedades únicas desses compostos. Além das geometrias locais meio-Heusler (HH) e Heusler completo (FH) conhecidas, essas estruturas SP contêm subestruturas HH defeituosas (DH) e FH defeituosas (DF). Isto se deve à ocupação parcial de átomos Y (Fe ou Co) no sítio 4d Wyckoff.

Uma consequência intrigante disso é a formação de padrões de cubo de Rubik de segunda e terceira ordem em TiFe_1.5 Sb e MCo_1,33 Sn, atribuído ao empilhamento regular destas subestruturas.

Este arranjo único é a chave para a redistribuição de elétrons dentro da rede, levando à formação de um bandgap. Também reduz a temperatura do fônon Debye e aumenta as vibrações anarmônicas, que por sua vez suprimem a condutividade térmica da rede.

Como resultado, estes materiais apresentam condutividades térmicas mais baixas em comparação com os compostos HH e FH convencionais. Em particular, o valor zT calculado do tipo p ZrCo_1,33 Sn atinge 0,54 a 1.000 K, graças ao seu alto fator de potência e baixa condutividade térmica.

"Nosso estudo prevê semicondutores SP Heusler exclusivos com capacidades termoelétricas excepcionais e esclarece o mecanismo físico que impulsiona sua formação", disse Ti Zhuoyang.

Mais informações: Zhuoyang Ti et al, Propriedades de ligação de semicondutores Slater-Pauling Heusler semelhantes a cubos de Rubik para termoelétricas, Revisão Física B (2023). DOI:10.1103/PhysRevB.108.195203
Informações do diário: Revisão Física B

Fornecido pela Academia Chinesa de Ciências