Enhanced thermoelectric performance by van Hove singularities in the density of states of type-II nodal-line semimetals

物理 类型(生物学) 凝聚态物理 塞贝克系数 直线(几何图形) 半金属 热电效应 态密度 散射 拓扑(电路) 带隙 量子力学 组合数学 几何学 数学 生态学 生物
作者
Nguyen Tuan Hung,Jyesta M. Adhidewata,Ahmad R. T. Nugraha,Riichiro Saito
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:105 (11) 被引量:19
标识
DOI:10.1103/physrevb.105.115142
摘要

The effects of the unique density of states (DOS) of a topological type-II\nnodal-line semimetal (NLS) on its thermoelectric (TE) transport properties are\ninvestigated through a combination of semi-analytical and first-principles\nmethods with "spinless Mg$_3$Bi$_2$" as artificial material. The DOS in such a\ntype-II NLS possesses two van Hove singularities near the energy of the nodal\nline that leads to a large $S$ value compared to the normal metals. Combined\nwith the linear band at the nodal line that gives high electrical conductivity\n$\\sigma$, the type-II NLS can exhibit a relatively high TE power factor\n($\\text{PF}=S^2\\sigma$) at the nodal line. In particular, we find $\\text{PF}\n\\sim 60$ $\\mu$W/cmK$^2$ at 300 K for the n-type Mg$_3$Bi$_2$ by considering the\nelectron-phonon scattering, in which the relaxation time $\\tau$ of carriers can\nbe expressed as $\\tau\\propto\\text{DOS}^{-1}$ for the type-II NLS. Furthermore,\nwe optimize parameters for the TE power factor of type-II NLSs in general by\nadopting the two-band model with the DOS-dependent relaxation time\napproximation. Our results suggest the type-II NLSs as a potential class of\nhigh-performance TE materials among metals and semimetals, which are\ntraditionally considered not good TE materials compared to semiconductors.\n
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