Garmroudi, Fabian und Serhiienko, Illia und Parzer, Michael und Ghosh, Sanyukta und Ziolkowski, Pawel und Oppitz, Gregor und Nguyen, Hieu Duy und Bourgès, Cédric und Hattori, Yuya und Riss, Alexander und Steyrer, Sebastian und Rogl, Gerda und Rogl, Peter und Schafler, Erhard und Kawamoto, Naoyuki und Müller, Eckhard und Bauer, Ernst und de Boor, Johannes und Mori, Takao (2025) Decoupled charge and heat transport in Fe2VAl composite thermoelectrics with topological-insulating grain boundary networks. Nature Communications, 16 (1). Nature Publishing Group. doi: 10.1038/s41467-025-57250-6. ISSN 2041-1723.
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- Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
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Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.1038/s41467-025-57250-6
Kurzfassung
Decoupling charge and heat transport is essential for optimizing thermoelectric materials. Strategies to inhibit lattice-driven heat transport, however, also compromise carrier mobility, limiting the performance of most thermoelectrics, including Fe2VAl Heusler compounds. Here, we demonstrate an innovative approach, which bypasses this tradeoff: via liquid-phase sintering, we incorporate the archetypal topological insulator Bi1−xSbx between Fe2V0.95Ta0.1Al0.95 grains. Structural investigations alongside extensive thermoelectric and magneto-transport measurements reveal distinct modifications in the microstructure, a reduced lattice thermal conductivity and a simultaneously enhanced carrier mobility arising from topologically protected charge transport along the grain boundaries. This yields a huge performance boost, resulting in one of the highest figure of merits among both half- and full-Heusler compounds, z ≈ 1.6 × 10−3 K−1 (zT ≈ 0.5) at 295 K. Our findings highlight the potential of topological-insulating secondary phases to decouple charge and heat transport and call for more advanced theoretical studies of multiphase composites.
| elib-URL des Eintrags: | https://elib.dlr.de/220546/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Dokumentart: | Zeitschriftenbeitrag | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Titel: | Decoupled charge and heat transport in Fe2VAl composite thermoelectrics with topological-insulating grain boundary networks | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Autoren: |
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| Datum: | 2025 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Erschienen in: | Nature Communications | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Referierte Publikation: | Ja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Open Access: | Ja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gold Open Access: | Ja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In SCOPUS: | Ja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In ISI Web of Science: | Ja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Band: | 16 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DOI: | 10.1038/s41467-025-57250-6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Verlag: | Nature Publishing Group | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ISSN: | 2041-1723 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Status: | veröffentlicht | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Stichwörter: | Thermoelectric | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Forschungsbereich: | Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Programm: | Luftfahrt | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Programmthema: | Umweltschonender Antrieb | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Schwerpunkt: | Luftfahrt | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Forschungsgebiet: | L CP - Umweltschonender Antrieb | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben): | L - Komponenten und Emissionen | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Standort: | Köln-Porz | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Institute & Einrichtungen: | Institut für Werkstoff-Forschung > Thermoelektrische Materialien und Systeme | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Hinterlegt von: | de Boor, Johannes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Hinterlegt am: | 08 Dez 2025 09:17 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Letzte Änderung: | 08 Dez 2025 09:17 |
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