中子相机 技术新突破：揭秘GeTe热电材料的无序性

来自 实验室仪器网

热电材料将热量直接转化为电能。它们提供了一种从废热中产生能源的有前途的方法。但首先，科学家需要更好地了解这些材料的特性以及如何控制它们。热电材料碲化锗 （GeTe） 具有可以改性的有趣特性。GeTe 具有类似于岩盐的晶体结构。研究人员对 GeTe 在不同条件下是否保持整体晶体形式，或者其晶体结构是否可以被破坏有疑问。在这项研究中，研究人员使用了一种新颖的“中子相机”技术来检查 GeTe 的结构。研究发现，GeTe 保持其整体晶体形式，从而保持其导电能力。同时，GeTe 结构的某些部分会移动，这一过程称为动态无序，这会减慢 GeTe 的导热能力。

动态无序和组织良好的晶体结构的组合在热电材料中很有用。无序很重要，因为它会减慢材料内部的热传递。这延长了材料通过其晶格传导电流的能力。单一材料中存在的动态无序和晶体结构可能会导致更高效的固态器件。这些可能包括改进的热泵和热电发电机。这项工作还解决了局部结构测量结果和平均结构测量结果之间的分歧。

热电效应是由材料中的热梯度（从热到冷）产生的，这些材料可以抵抗热流，同时保持导电性。关于无序在决定这些能量材料特性中的作用，各种类型的测量产生了相互矛盾的结果。

在这项研究中，研究人员使用了一种新颖的混合中子散射技术，即可变快门对分布函数 （vsPDF） 来测量热电材料立方碲化锗 （GeTe） 的原子性质。使用摄影类比，可以通过分离中子探测样品材料时产生的信号分量来改变该技术的“快门速度”。使用这种方法，研究人员可以区分材料的时间平均（整体）结构和仅捕获局部无序的瞬时快照。

结果揭示了局部无序的存在，而整体结构保持结晶。基于结果的计算与以下理论一致：GeTe 中的电子电导率在热导率被破坏的同时，在特定的晶体学方向上保持不变。

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