具有立方結構的IV族碲化物半導體(PbTe和SnTe)已經引領了熱電領域的諸多革新。近年來， 非立方相化合物GeTe與MnTe也表現出很好的熱電前景。

 

同濟大學材料科學與工程學院裴艷中課題組在Science China Materials上發表文章，介紹了一種新型高效非立方相熱電材料MnGeTe2。

 

MnGeTe₂是GeTe與MnTe的衍生化合物。本征態MnGeTe₂因單質鍺的析出而存在高濃度的陽離子空位， 載流子濃度高達~3.6×10²¹cm^?3，遠高于熱電應用所需，通過Bi的摻雜可使得載流子顯著降低(室溫下MnGe_0.9Bi_0.1Te₂載流子約為~9×10²⁰cm^?3)。

 

圖1 室溫下MnGeTe₂的結構

在這樣大的載流子濃度范圍內，一方面可以基于聲學聲子散射機制下的單拋物帶模型，實現對載流子輸運性質進行全面的評估; 另一方面還可以實現熱電功率因子的優化。此外，由于材料中存在高度無序的陽離子和陽離子空位，可在測試溫度范圍內獲得1.2 W m^?1 K^?1甚至更低的晶格熱導率。

 

當載流子濃度達到優化值~9×10²⁰ cm^?3時，在850 K各向同性的立方相下可獲得接近1.0的zT值以及高于200 H_V的維氏硬度值，進一步證實MnGeTe₂是一個很有前景的熱電材料。

Promising cubic MnGeTe2 thermoelectrics

周斌強, 李文, 王曉, 李娟, 鄭良濤, 高博, 張馨月, 裴艷中

Science China Materials, 2018, doi:10.1007/s40843-018-9328-5