半金属二硅化钨WSi2中横向热电效应的实验研究

来自 实验室仪器网

最近研究人员在半金属二硅化钨(WSi2)中实现了横向热电效应(TTE)。先前的研究已证明WSi2中存在轴相关传导极性(ADCP)，但在早期试验中尚未确定这种效应的来源和预期的TTE。

热电材料可以捕获废热并将其转化为有用的电能，通过将多余的热量转化为电能来提高能源效率。这对于会产生大量废热的行业和发动机车辆尤其有价值。这些材料还具有在卫星和远程传感器中用于便携式发电的潜力，而传统电源在这些地方可能无法实现。

在传统热电装置（也称为并联热电装置）中，电压的产生方向与热流方向相同。通常，使用两种材料类型（p型和n型），产生相反方向的电压。串联时，这些材料可以产生更高的电压。然而，更多的接触点会导致电阻增加，从而降低功率输出。

相比之下，横向热电装置垂直于热流方向产生电能，从而能够以更少的连接实现更高效的热电转换。具有ADCP或角极导体的材料，在一个方向上传导正电荷（p型），在另一个方向上传导负电荷（n型），是横向热电装置的有希望的候选材料。然而，到目前为止，对TTE的直接演示还很有限。

研究人员通过计算机模型和实际测试相结合的方式研究了WSi2的特性。在低温下，他们研究了WSi2单晶沿其两个晶轴的热电势、电阻率和热导率。他们发现WSi2独特的电子结构（包括混合维度的费米面）是其ADCP的来源。该结构表明不同维度中存在电子和空穴（正电荷载体）。

费米面是一种假想的几何表面，它将固体物质中电荷载体的占据电子态和未占据电子态区分开来。在WSi2中，空穴形成准二维费米面，电子形成准一维费米面。这些特殊的费米面产生的方向特定电导率使得TTE效应成为可能。

与之前的研究一致，研究人员还注意到这些电荷载体的电导率在不同样品之间存在差异。研究人员通过第一性原理模拟证明，这些差异是由于WSi2晶格结构缺陷导致电荷载体散射方式发生变化而造成的。

这一认识对于改进这种物质和制造可靠的热电设备至关重要。通过在两个晶轴之间引入沿一定角度的温差，他们还展示了WSi2中的直接TTE生成，产生了垂直于温差的电压。

研究结果表明WSi2是基于TTE的器件的有希望的候选材料。我们希望这项研究能够促进新型传感器的开发和新型横向热电材料的发现。这项研究推动了能够更有效地将热能转化为电能的新材料的开发。它为WSi2中TTE的生成机制提供了见解，并为走向更绿色的未来做出了贡献。

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