بررسی و محاسبه خواص الکتریکی، فونونی و گرمایی bi2te3 و sb2te3 با استفاده از محاسبات اصول اولیه

مواد ترموالکتریک دارای پتانسیل بالایی جهت استفاده در مولد برق، پمپاژ گرما و یخچال¬ها می¬باشند. این مواد می¬توانند انرژی گرمایی اتلافی را بدون هیج قسمت متحرکی تبدیل به الکتریسیته نمایند. بهره¬وری مواد ترموالکتریک توسط کمیت بدون بعد ضریب ارزشیzt تعیین می¬گردد. بیسموت تلوراید و آنتیموان تلوراید (bi2te3 و sb2te3) و آلیاژهایی از آن¬ها از بهترین مواد ترموالکتریک ¬اند. در این تحقیق به بررسی ساختار، خواص و ویژگی¬های الکترونی، ترموالکتریکی و فونونی این دو ماده بر اساس محاسبات اصول اولیه و مبتنی بر نظریه تابعی چگالی پرداخته می¬شود. محاسبات الکترونی و فونونی توسط کد quantum espresso و محاسبات ترموالکتریکی توسط کد boltztrap انجام می¬گردد. با در نظر گرفتن سلول واحد این مواد به صورت رومبوهدرال، ابتدا ساختار الکترونی این مواد با در نظر گرفتن برهمکنش اسپین-مدار (soi) و بدون در نظر گرفتن این اثر محاسبه می¬شود. ساختار نواری و نمودار چگالی حالت¬های مربوطه ترسیم می-گردد. گاف انرژی با در نظر گرفتن اثر soi به مقادیر تجربی نزدیکتر شده و این اثر تاثیر بسزایی در کاهش تبهگنی نوارهای انرژی داشته است. مقدار گاف انرژی برای bi2te3 و sb2te3با در نظر گرفتن اثر اسپین-مدار به ترتیب مقادیر10/0 و 23/0 الکترون ولت بدست آمد. سپس به محاسبه خواص ترموالکتریکی از جمله ضریب سیبک، رسانندگی الکتریکی، رسانندگی گرمایی، عامل توان و ضریب ارزشی پرداخته می¬شود. نمودارهای مربوطه بر حسب تغییرات پتانسیل شیمیایی و تغییرات دما ترسیم می¬گردد. مقدار ضریب سیبک در دمای 300 کلوین برای bi2te3 و sb2te3 به ترتیب برابر 209 و 125 میکروولت بر کلوین بدست آمد. همچنین مقدار ضریب ارزشی در دمای 300 کلوین برای bi2te3 و sb2te3 به ترتیب 43/0 و 33/0 حاصل شد. در قسمت بعد به بررسی ویژگی¬های نوسانی این دو ماده پرداخته می¬شود. این مواد با توجه به ساختار فضایی خود در نقطه تقارنی گاما دارای 15 مد نوسانی بوده که 3 مد آن مربوط به فرکانس¬های اکوستیکی و 12 مد مربوط به فرکانس¬های اپتیکی می-باشد. مقادیر مربوط به مدهای رامان و مادون قرمز در نقطه گاما با در نظر گرفتن اثر soi محاسبه گردید. همچنین نمودار پراگندگی فونونی مربوط به دو ساختار ترسیم شد.