Ryu, Byungki and Foster, Samuel and Choi, Eun-Ae and Park, Sungjin and Chung, Jaywan and de Boor, Johannes and Müller, Eckhard and Ziolkowski, Pawel and Han, Seung Zeon and Park, SuDong and 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.
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Official URL: https://doi.org/10.1063/5.0285042
Abstract
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.
| Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/220384/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Document Type: | Article | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Title: | Asymmetric electronic band alignment and potentially enhanced thermoelectric properties in phase-separated Mg2X (X = Si,Ge,Sn) alloys | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Authors: |
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| Date: | 14 August 2025 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Journal or Publication Title: | Journal of Applied Physics | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Refereed publication: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gold Open Access: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In SCOPUS: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In ISI Web of Science: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Volume: | 138 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DOI: | 10.1063/5.0285042 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Page Range: | 065104 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Publisher: | American Institute of Physics (AIP) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ISSN: | 0021-8979 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Keywords: | First-principle calculations, Phase transitions, Electronic band structure, Thermionic emission, Thermodynamic functions, Thermoelectric effects, Thermoelectric materials, Nanocomposites, Phonon scattering, Nonequilibrium statistical mechanics | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Research field: | Aeronautics, Space and Transport | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program: | Transport | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program Themes: | Road Transport | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research area: | Transport | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Program: | V ST Straßenverkehr | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research theme (Project): | V - FFAE - Fahrzeugkonzepte, Fahrzeugstruktur, Antriebsstrang und Energiemanagement | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Location: | Köln-Porz | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Institutes and Institutions: | Institute of Materials Research > Thermoelectric Materials and Systems | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited By: | Ziolkowski, Pawel | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited On: | 08 Dec 2025 08:48 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Last Modified: | 08 Dec 2025 08:48 |
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