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Decoupled charge and heat transport in Fe2VAl composite thermoelectrics with topological-insulating grain boundary networks

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.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
3MB

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/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Decoupled charge and heat transport in Fe2VAl composite thermoelectrics with topological-insulating grain boundary networks
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Garmroudi, FabianNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0002-0088-1755NICHT SPEZIFIZIERT
Serhiienko, IlliaNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0002-3072-9412NICHT SPEZIFIZIERT
Parzer, MichaelNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0003-3509-7474NICHT SPEZIFIZIERT
Ghosh, SanyuktaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ziolkowski, PawelNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0003-1519-6803199007410
Oppitz, GregorNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nguyen, Hieu DuyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bourgès, CédricNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0001-9056-0420NICHT SPEZIFIZIERT
Hattori, YuyaNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0002-3805-4659NICHT SPEZIFIZIERT
Riss, AlexanderNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0002-9707-8394NICHT SPEZIFIZIERT
Steyrer, SebastianNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rogl, GerdaNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0002-8056-5006NICHT SPEZIFIZIERT
Rogl, PeterNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schafler, ErhardNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kawamoto, NaoyukiNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Müller, EckhardNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0001-9499-9473NICHT SPEZIFIZIERT
Bauer, ErnstNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
de Boor, JohannesJohannes.deBoor (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1868-3167199007412
Mori, TakaoNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0003-2682-1846NICHT SPEZIFIZIERT
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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