Large Transverse and Longitudinal Magneto‐Thermoelectric Effect in Polycrystalline Nodal‐Line Semimetal Mg3Bi2

凝聚态物理 材料科学 半金属 热电效应 磁电阻 费米面 横截面 费米能级 拓扑(电路) 塞贝克系数 热电材料 微晶 电子 磁场 物理 带隙 电气工程 量子力学 超导电性 工程类 结构工程 冶金
作者
Tao Feng,Panshuo Wang,Zhijia Han,Liang Zhou,Wenqing Zhang,Qihang Liu,Weishu Liu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (19) 被引量:46
标识
DOI:10.1002/adma.202200931
摘要

Topological semimetals provide new opportunities for exploring novel thermoelectric phenomena, owing to their exotic and nontrivial electronic structure topology around the Fermi surface. Herein, the discovery of large transverse and longitudinal magneto-thermoelectric (MTE) effects in Mg3 Bi2 is reported and predicted to be a type-II nodal-line semimetal in the absence of spin-orbit coupling (SOC). The maximum transverse power factor is 2182 μW m-1 K-2 at 13.5 K and 6 Tesla. The longitudinal power factor reaches up to 3043 μW m-1 K-2 , which is 20 times higher than that in a zero-strength magnetic field and is also comparable to state-of-the-art MTE materials. By compensating the Mg loss in Mg-rich conditions for tuning the carrier concentration close to intrinsic state, the sample fabricated in this study exhibits a large linear non-saturating magnetoresistance of 940% under a field of 14 Tesla. Using density functional calculations, the authors attribute the underlying mechanism to the parent linear-dispersed nodal-line electronic structure without SOC and the anisotropic Fermi surface shape with SOC, highlighting the essential role of high carrier mobility and open electron orbits in the moment space. This work offers a new avenue toward highly efficient MTE materials through defect engineering in polycrystalline topological semimetals.
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