摘要：东京理科大学（TUS）物理和天文学系的Ryuji Okazaki领导的日本研究人员展示了WSi2中的横向热电效应（TTE），表明这种材料有望成为热管理应用的候选材料。

来源：雅时化合物半导体

东京团队首次直接演示了WSi2中的横向热电转换

东京理科大学（TUS）物理和天文学系的Ryuji Okazaki领导的日本研究人员展示了WSi2中的横向热电效应（TTE），表明这种材料有望成为热管理应用的候选材料。

该研究于2024年11月13日在线发表在PRX Energy上。

热电材料可捕获废热并将其转化为可用电力。传统的“并联”热电器件产生的电压与热流方向相同。这类器件通常使用两种可产生相反方向电压的p型和n型材料。将这类器件串联起来，可以产生更强的电压。不过，这也会导致接触点增多，电阻增加，功耗增大。

相比之下，横向热电器件产生的电流与热流垂直。这意味着这类器件使用的接触更少，热电转换效率更高。具有“依赖于轴的传导极性（ADCP）”或双极性导体的材料在一个方向上传导正电荷（p型），在另一个方向上传导负电荷（n型），有望成为横向热电器件的候选材料。

这项关于WSi2的新研究表明，WSi2具有依赖于轴的传导极性，能沿着垂直轴高效地将热能转化为电能。先前的研究也出现过类似情况，但ADCP的起源和预期的横向热电效应还未在实验中检测到。

Ryuji Okazaki解释道：“作为一项能够测量温度和热流、用于传感器的新型核心技术，横向热电转换这一现象正受到越来越多的关注。然而，这种材料的数量有限，而且尚未制定设计准则。这是首次直接演示WSi2中的横向热电转换。”

研究人员们通过结合物理实验和计算机模拟，分析了WSi2的特性。他们测量了WSi2单晶在低温下沿两个晶轴的热功率、电阻率和热导率。他们发现，WSi2的ADCP源于其独特的电子结构，即混合维费米面。这一结构表明电子和空穴存在于不同的维度。

费米面是一种理论上的几何面，可分隔固体材料内部电荷载流子的占据电子态和非占据占电子态。在WSi2中，电子形成准一维费米面，空穴形成准二维费米面。这些独特的费米面造成了特定方向的传导，从而产生了横向热电效应。

研究人员们还观察到这些电荷载流子在不同样品中的导电方式存在差异，这与先前的研究结果一致。利用基于第一性原理的模拟，研究人员们表明，之所以会有这些差异，是因为WSi2晶体晶格结构中的缺陷导致电荷载流子的散射方式不同。这一深入理解是微调材料并开发可靠热电器件的关键。

此外，研究人员们演示了在WSi2中直接产生横向热电效应的方法，即沿着相对于两个晶轴的特定角度施加温差，从而产生垂直于温差的电压。

Ryuji Okazaki表示：“我们的研究结果表明，针对基于横向热电效应的器件，WSi2有望成为候选材料。我们希望这项研究能促进新型传感器的开发和新型横向热电材料的发现。”

来源：CSC化合物半导体