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Revealing the Intrinsic Electronic Structure of 3D Half‐Heusler Thermoelectric Materials by Angle‐Resolved Photoemission Spectroscopy

角分辨光电子能谱 热电效应 材料科学 电子结构 光电发射光谱学 凝聚态物理 热电材料 各向异性 电子能带结构 带隙 X射线光电子能谱 光电子学 物理 光学 核磁共振 热力学
作者
Chenguang Fu,M. Yao,Xi Chen,Lucky Zaehir Maulana,Xin Li,Jiong Yang,Kazuki Imasato,Fengfeng Zhu,Guowei Li,Gudrun Auffermann,Ulrich Burkhardt,Walter Schnelle,Jianshi Zhou,Tiejun Zhu,Xinbing Zhao,M. Shi,Martin Dressel,A. V. Pronin,G. Jeffrey Snyder,Claudia Felser
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:7 (1) 被引量:53
标识
DOI:10.1002/advs.201902409
摘要

Accurate determination of the intrinsic electronic structure of thermoelectric materials is a prerequisite for utilizing an electronic band engineering strategy to improve their thermoelectric performance. Herein, with high-resolution angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES), the intrinsic electronic structure of the 3D half-Heusler thermoelectric material ZrNiSn is revealed. An unexpectedly large intrinsic bandgap is directly observed by ARPES and is further confirmed by electrical and optical measurements and first-principles calculations. Moreover, a large anisotropic conduction band with an anisotropic factor of 6 is identified by ARPES and attributed to be one of the most important reasons leading to the high thermoelectric performance of ZrNiSn. These successful findings rely on the grown high-quality single crystals, which have fewer Ni interstitial defects and negligible in-gap states on the electronic structure. This work demonstrates a realistic paradigm to investigate the electronic structure of 3D solid materials by using ARPES and provides new insights into the intrinsic electronic structure of the half-Heusler system benefiting further optimization of thermoelectric performance.
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