Extraordinary Thermoelectric Properties of Topological Surface States in Quantum‐Confined Cd3As2 Thin Films

材料科学 热电效应 薄膜 曲面(拓扑) 热电材料 表面状态 量子 凝聚态物理 拓扑绝缘体 纳米技术 光电子学 量子力学 复合材料 热导率 物理 几何学 数学
作者
Wenkai Ouyang,Alexander C. Lygo,Yubi Chen,Huiyuan Zheng,Dung Vu,Brandi L. Wooten,Xichen Liang,Joseph P. Heremans,Susanne Stemmer,Bolin Liao
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (28): e2311644-e2311644 被引量:15
标识
DOI:10.1002/adma.202311644
摘要

Abstract Topological insulators and semimetals have been shown to possess intriguing thermoelectric properties promising for energy harvesting and cooling applications. However, thermoelectric transport associated with the Fermi arc topological surface states on topological Dirac semimetals remains less explored. This work systematically examines thermoelectric transport in a series of topological Dirac semimetal Cd 3 As 2 thin films grown by molecular beam epitaxy. Surprisingly, significantly enhanced Seebeck effect and anomalous Nernst effect are found at cryogenic temperatures when the Cd 3 As 2 layer is thin. In particular, a peak Seebeck coefficient of nearly 500 µV K −1 and a corresponding thermoelectric power factor over 30 mW K −2 m −1 are observed at 5 K in a 25‐nm‐thick sample. Combining angle‐dependent quantum oscillation analysis, magnetothermoelectric measurement, transport modeling, and first‐principles simulation, the contributions from bulk and surface conducting channels are isolated and the unusual thermoelectric properties are attributed to the topological surface states. The analysis showcases the rich thermoelectric transport physics in quantum‐confined topological Dirac semimetal thin films and suggests new routes to achieving high thermoelectric performance at cryogenic temperatures.
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