Lattice strain and band overlap of the thermoelectric composite Mg2Si1−xSnx

凝聚态物理 导带 功勋 物理 电子能带结构 格子(音乐) 人口 带隙 材料科学 结晶学 量子力学 电子 化学 光学 社会学 人口学 声学
作者
Wenliang Yao,Shunbo Hu,Fanhao Jia,Jeffrey R. Reimers,Yin Wang,David J. Singh,Wei Ren
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:106 (10) 被引量:7
标识
DOI:10.1103/physrevb.106.104303
摘要

${\mathrm{Mg}}_{2}{\mathrm{Si}}_{1\text{\ensuremath{-}}x}{\mathrm{Sn}}_{x}$ solid solutions show enhanced thermoelectric performance when the Sn mole fraction $x$ is approximately $x=0.7$. This has been discussed in terms of complexity of the electronic structure arising from the crossover of two bottom conduction bands, but direct detailed understanding of the origins and the precise nature of this band convergence is limited. Here, we report first-principles calculations of the band edge changes analyzed by band unfolding and crystal orbital Hamilton population techniques. We find that strain is particularly important at this crossing. ${\mathrm{Mg}}_{2}\mathrm{Si}$ and ${\mathrm{Mg}}_{2}\mathrm{Sn}$ show opposite trends in the conduction band edge shifts leading to a band crossover at $x\ensuremath{\sim}0.625$. However, there are also important effects due to disorder. Transport calculations show that enhancement of the figure of merit $ZT$ value owes to the combined effects of lattice strain, band edge overlap, composition change, and disorder.

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