Data-Driven Reconstruction of Spectral Conductivity and Chemical Potential Using Thermoelectric Transport Properties

热电效应 电导率 材料科学 热电材料 热导率 电子 凝聚态物理 热传导 塞贝克系数 物理 热力学 量子力学 复合材料
作者
Tomoki Hirosawa,Frank Schäfer,Hideaki Maebashi,Hiroyasu Matsuura,Masao Ogata
出处
期刊:Journal of the Physical Society of Japan [Physical Society of Japan]
卷期号:91 (11) 被引量:3
标识
DOI:10.7566/jpsj.91.114603
摘要

The spectral conductivity, i.e., the electrical conductivity as a function of the Fermi energy, is a cornerstone in determining the thermoelectric transport properties of electrons. However, the spectral conductivity depends on sample-specific properties such as carrier concentrations, vacancies, charge impurities, chemical compositions, and material microstructures, making it difficult to relate the experimental result with the theoretical prediction directly. Here, we propose a data-driven approach based on machine learning to reconstruct the spectral conductivity and chemical potential from the thermoelectric transport data. Using this machine learning method, we first demonstrate that the spectral conductivity and temperature-dependent chemical potentials can be recovered within a simple toy model. In a second step, we apply our method to experimental data in doped one-dimensional telluride Ta4SiTe4 [Inohara, et al., Appl. Phys. Lett. 110, 183901 (2017)] to reconstruct the spectral conductivity and chemical potential for each sample. Furthermore, the thermal conductivity of electrons and the maximal figure of merit ZT are estimated from the reconstructed spectral conductivity, which provides accurate estimates beyond the Wiedemann–Franz law. Our study clarifies the connection between the thermoelectric transport properties and the low-energy electronic states of real materials, and establishes a promising route to incorporate experimental data into traditional theory-driven workflows.

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