Rashba Effect Maximizes Thermoelectric Performance of GeTe Derivatives

热电效应 材料科学 功勋 凝聚态物理 热电材料 拉希巴效应 声子 堆积 自旋电子学 工程物理 光电子学 纳米技术 物理 热力学 铁磁性 核磁共振
作者
Min Hong,Wanyu Lyv,Meng Li,Shengduo Xu,Qiang Sun,Jin Zou,Zhi‐Gang Chen
出处
期刊:Joule [Elsevier]
卷期号:4 (9): 2030-2043 被引量:170
标识
DOI:10.1016/j.joule.2020.07.021
摘要

Advances in thermoelectrics are motivated by the innovation of thermoelectric theories. The Rashba effect, spin-dependent band splitting, paves a new path to enhance thermoelectric performance. Herein, we investigate the Rashba effect in GeTe, in which the rhombohedral distortion provides a unique handle to examine the mechanism of the Rashba effect for tuning thermoelectric properties. Fundamentally, we discover that the Rashba effect originates from the specific atomic site displacement. Experimentally, Sn-doped GeTe has a strong Rashba effect and yields an ultra-high power factor, meanwhile additional Sb alloying effectively tunes the carrier concentration. Moreover, microstructure characterizations reveal that the co-existence of grain boundaries, nanoprecipitates, and stacking faults significantly reinforces phonon scatterings and leads to an ultra-low lattice thermal conductivity. Finally, a high figure of merit is achieved in Ge1−x−ySnxSbyTe. The demonstrated benchmark figure of merit originated from the Rashba effect can provide a promising arena for enhancing thermoelectric performance in wide materials.
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