Etude ab-initio des propriétés structurales, électroniques et thermoélectriques des matériaux de type Heusler

Abstract

Les propriétés structurales, mécaniques, électroniques et de transport des composés half-Heusler RuXAS (X=V, Nb) et KBiX (X=Ba, Sr) sont étudiées en utilisant la théorie de la DFT combinée à la théorie semiclassique de transport de Boltzmann. L’arrangement atomique le plus favorable du point de vue énergétique des matériaux étudiés est la phase  dans laquelle les atomes Ru et Bi occupent le site unique de la structure half-Heusler. La stabilité mécanique et dynamique de la phase est confirmée par le calcul des constantes élastiques et des fréquences de dispersion des phonons. Les propriétés électroniques révèlent que ces composés sont des semi-conducteurs de type p avec des gaps étroits et indirects. Les calculs de conductivité thermique du réseau L, du potentiel de déformation, de la masse effective des porteurs de charge et de leurs temps de relaxation nous permettent de déduire les valeurs de la figure de mérite ZT. κL diminue rapidement avec l'augmentation de la température. En outre, ZT atteint la valeur maximale de 0,47 à 900 K et 0,62 à 1000 K pour les alliages RuVAs et RuNbAs, respectivement. Pour les composés KBiBa et KBiSr, κL est extrêmement faible (inférieur à 1W / m K) à haute température (1200 K), conduisant à des valeurs de ZT élevées de 2,68 et 1,56 pour des concentrations de dopage n de 2.2 1019 et 1.7 1019 cm-3 , respectivement. Sur la base des résultats trouvés, les composés half-Heusler étudiés pourraient être considérés comme des candidats thermoélectriques idéaux à haute température.