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Asymmetric electronic band alignment and potentially enhanced thermoelectric properties in phase-separated Mg2X (X = Si,Ge,Sn) alloys

Ryu, Byungki und Foster, Samuel und Choi, Eun-Ae und Park, Sungjin und Chung, Jaywan und de Boor, Johannes und Müller, Eckhard und Ziolkowski, Pawel und Han, Seung Zeon und Park, SuDong und Neophytou, Neophytos (2025) Asymmetric electronic band alignment and potentially enhanced thermoelectric properties in phase-separated Mg2X (X = Si,Ge,Sn) alloys. Journal of Applied Physics, 138 (6), 065104. American Institute of Physics (AIP). doi: 10.1063/5.0285042. ISSN 0021-8979.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Offizielle URL: https://doi.org/10.1063/5.0285042

Kurzfassung

The Mg2X (X = Si, Ge, Sn) based alloy is an eco-friendly thermoelectric material for mid-temperature applications. The Mg2Si1−xSnx and Mg2Ge1−xSnx alloys can be phase-separated into Si(Ge)- and Sn-rich phases during material synthesis, leading to a nanocomposite with locally varying electronic band structures. First-principles calculations reveal that the valence band offset is eight-times larger than the conduction band offset at the interface between Si- and Sn-rich phases for x = 0.6, showing type I and asymmetric band alignment (0.092 vs 0.013 eV). Using the Boltzmann transport theory and thermionic emission calculations, we show that the large valence band energy discontinuity could allow for energy filtering effects to take place that can potentially increase the power factor substantially in the p-type material system if designed appropriately.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/220384/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Asymmetric electronic band alignment and potentially enhanced thermoelectric properties in phase-separated Mg2X (X = Si,Ge,Sn) alloys
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Ryu, ByungkiEnergy Conversion Research Center, Electrical Materials Research Division, Korea Electrotechnology Research Institute (KERI), Changwon 51543, Republic of KoreaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Foster, SamuelSchool of Engineering, University of Warwick, Coventry CV4 7AL, United KingdomNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Choi, Eun-AeExtreme Materials Research Institute, Korea Institute of Materials Science (KIMS), Changwon 51508, Republic of KoreaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Park, SungjinEnergy Conversion Research Center, Electrical Materials Research Division, Korea Electrotechnology Research Institute (KERI), Changwon 51543, Republic of KoreaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Chung, JaywanEnergy Conversion Research Center, Electrical Materials Research Division, Korea Electrotechnology Research Institute (KERI), Changwon, KoreaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
de Boor, JohannesJohannes.deBoor (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1868-3167199006066
Müller, Eckhardeckhard.mueller (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9499-9473NICHT SPEZIFIZIERT
Ziolkowski, PawelPawel.Ziolkowski (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1519-6803199006067
Han, Seung ZeonSchool of Engineering, University of Warwick, Coventry CV4 7AL, United KingdomNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Park, SuDongEnergy Conversion Research Center, Electrical Materials Research Division, Korea Electrotechnology Research Institute (KERI), Changwon 51543, Republic of KoreaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Neophytou, NeophytosSchool of Engineering, University of Warwick, Coventry CV4 7AL, United KingdomNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:14 August 2025
Erschienen in:Journal of Applied Physics
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:138
DOI:10.1063/5.0285042
Seitenbereich:065104
Verlag:American Institute of Physics (AIP)
ISSN:0021-8979
Status:veröffentlicht
Stichwörter:First-principle calculations, Phase transitions, Electronic band structure, Thermionic emission, Thermodynamic functions, Thermoelectric effects, Thermoelectric materials, Nanocomposites, Phonon scattering, Nonequilibrium statistical mechanics
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Straßenverkehr
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V ST Straßenverkehr
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - FFAE - Fahrzeugkonzepte, Fahrzeugstruktur, Antriebsstrang und Energiemanagement
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Thermoelektrische Materialien und Systeme
Hinterlegt von: Ziolkowski, Pawel
Hinterlegt am:08 Dez 2025 08:48
Letzte Änderung:08 Dez 2025 08:48

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