LiHfIrZ（Z＝Si，Ge）四元Heusler合金的能量收集潜力：第一性原理计算研究

《Scientific Reports》：Energy harvesting potential of LiHfIrZ (Z?=?Si, Ge) quaternary Heusler alloys: a first-principles computational study

　　

摘要

在本研究中，通过第一性原理计算和半经典玻尔兹曼输运理论，研究了LiHfIrZ赫斯勒合金（HAs，其中Z为Ge和Si）的光电特性、热电特性以及弹性特性。结构性质是采用基于Perdew-Burke-Ernzerhof（PBE）泛函的广义梯度近似（GGA）方法进行分析的，而电子和输运性质则通过Tran-Blaha修正的Becke-Johnson势来研究。计算得到的弹性常数、热力学参数以及形成能证实了这些HAs的机械稳定性、热力学稳定性与结构稳定性，同时也展现了它们的各向异性特征。此外，这些合金还表现出半导体特性。LiHfIrSi和LiHfIrGe的计算带隙分别為1.72电子伏特和0.84电子伏特。通过带结构及态密度计算，可以确认这两种HAs都具有半导体性质。光学分析显示，在低能量区域（约2电子伏特处）这些材料具有较高的介电响应，且该响应会随着光子能量的增加而降低。我们的HAs在紫外线区域表现出强烈的反射性，说明它们能与高能量电磁辐射发生显著相互作用；而在可见光能量范围内，则观测到了可观的光学导电性。此外，这两种HAs的功率因子均呈上升趋势，这表明它们具有用于高温热电应用的潜力。值得注意的是，LiHfIrSi在1200开尔文时的最大ZT值可达0.72。鉴于目前针对这类HAs的研究还比较有限，本研究为未来的理论与实验研究提供了重要的基础。