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Enhanced Thermoelectric Performances Driven by High-Pressure Phase Transition of Mg2Sn Compound
International Journal of Thermophysics ( IF 2.2 ) Pub Date : 2020-07-24 , DOI: 10.1007/s10765-020-02715-7 Z. A. A. R. Almaghbash , O. Arbouche , A. Cherifi , S. Kessair , A. Zenati , Y. Azzaz
International Journal of Thermophysics ( IF 2.2 ) Pub Date : 2020-07-24 , DOI: 10.1007/s10765-020-02715-7 Z. A. A. R. Almaghbash , O. Arbouche , A. Cherifi , S. Kessair , A. Zenati , Y. Azzaz
The ground state properties of the Mg2Sn compound under seven different crystal structures were studied using a first principles approach based on the full-potential augmented plane wave method FP-LAPW within the GGA-PBEsol approximation. We fixed the cubic structure of CaF2-type as zero pressure phase and we have considered the orthorhombic PbCl2-type, hexagonal Ni2In-type, tetragonal Al2Cu-type, cubic MgCu2-type, hexagonal MgZn2-type and dihexagonal MgNi2-type as candidates structures for the high-pressure phases. We used Gibbs’ equation to examine these high-pressure structures and compare their enthalpies. Thus, it appears that the Mg2Sn compound undergoes three pressure-induced phase transitions. First, it is a transition from the CaF2-type cubic structure to the orthorhombic PbCl2-type structure; second, the transition from the PbCl2-type structure to the hexagonal Ni2In-type structure; and third, the transition will take place toward the cubic structure MgCu2-type which should be stable. In addition, to further examine the thermoelectric performances of each stable phase, we combined the results calculated for the electronic properties by the TB-mBJ approximation with the semi-classical Boltzmann theory using the BoltzTraP code. Our key result is that Mg2Sn compound with cubic MgCu2-type structure has a high value of figure of merit (ZTe) compared to the cubic CaF2-type structure, which could promise it as an excellent candidate for potential thermoelectric applications at high pressure.
中文翻译:
由 Mg2Sn 化合物的高压相变驱动的增强的热电性能
使用基于全电位增强平面波方法 FP-LAPW 在 GGA-PBEsol 近似中的第一原理方法研究了 Mg2Sn 化合物在七种不同晶体结构下的基态特性。我们将 CaF2 型的立方结构固定为零压力相,并考虑了正交 PbCl2 型、六方 Ni2In 型、四方 Al2Cu 型、立方 MgCu2 型、六方 MgZn2 型和二六方 MgNi2 型作为候选结构对于高压相。我们使用吉布斯方程来检查这些高压结构并比较它们的焓。因此,似乎 Mg2Sn 化合物经历了三个压力诱导的相变。一是从CaF2型立方结构向斜方PbCl2型结构过渡;第二,从 PbCl2 型结构到六方 Ni2In 型结构的转变;第三,向立方结构的MgCu2型转变,应该是稳定的。此外,为了进一步检查每个稳定相的热电性能,我们将通过 TB-mBJ 近似计算的电子特性计算结果与使用 BoltzTraP 代码的半经典 Boltzmann 理论相结合。我们的主要结果是,与立方 CaF2 型结构相比,具有立方 MgCu2 型结构的 Mg2Sn 化合物具有较高的品质因数 (ZTe),这有望使其成为高压下潜在热电应用的绝佳候选者。为了进一步检查每个稳定相的热电性能,我们将通过 TB-mBJ 近似计算的电子特性计算结果与使用 BoltzTraP 代码的半经典 Boltzmann 理论相结合。我们的主要结果是,与立方 CaF2 型结构相比,具有立方 MgCu2 型结构的 Mg2Sn 化合物具有较高的品质因数 (ZTe),这有望使其成为高压下潜在热电应用的绝佳候选者。为了进一步检查每个稳定相的热电性能,我们将通过 TB-mBJ 近似计算的电子特性计算结果与使用 BoltzTraP 代码的半经典 Boltzmann 理论相结合。我们的主要结果是,与立方 CaF2 型结构相比,具有立方 MgCu2 型结构的 Mg2Sn 化合物具有较高的品质因数 (ZTe),这有望使其成为高压下潜在热电应用的绝佳候选者。
更新日期:2020-07-24
中文翻译:
由 Mg2Sn 化合物的高压相变驱动的增强的热电性能
使用基于全电位增强平面波方法 FP-LAPW 在 GGA-PBEsol 近似中的第一原理方法研究了 Mg2Sn 化合物在七种不同晶体结构下的基态特性。我们将 CaF2 型的立方结构固定为零压力相,并考虑了正交 PbCl2 型、六方 Ni2In 型、四方 Al2Cu 型、立方 MgCu2 型、六方 MgZn2 型和二六方 MgNi2 型作为候选结构对于高压相。我们使用吉布斯方程来检查这些高压结构并比较它们的焓。因此,似乎 Mg2Sn 化合物经历了三个压力诱导的相变。一是从CaF2型立方结构向斜方PbCl2型结构过渡;第二,从 PbCl2 型结构到六方 Ni2In 型结构的转变;第三,向立方结构的MgCu2型转变,应该是稳定的。此外,为了进一步检查每个稳定相的热电性能,我们将通过 TB-mBJ 近似计算的电子特性计算结果与使用 BoltzTraP 代码的半经典 Boltzmann 理论相结合。我们的主要结果是,与立方 CaF2 型结构相比,具有立方 MgCu2 型结构的 Mg2Sn 化合物具有较高的品质因数 (ZTe),这有望使其成为高压下潜在热电应用的绝佳候选者。为了进一步检查每个稳定相的热电性能,我们将通过 TB-mBJ 近似计算的电子特性计算结果与使用 BoltzTraP 代码的半经典 Boltzmann 理论相结合。我们的主要结果是,与立方 CaF2 型结构相比,具有立方 MgCu2 型结构的 Mg2Sn 化合物具有较高的品质因数 (ZTe),这有望使其成为高压下潜在热电应用的绝佳候选者。为了进一步检查每个稳定相的热电性能,我们将通过 TB-mBJ 近似计算的电子特性计算结果与使用 BoltzTraP 代码的半经典 Boltzmann 理论相结合。我们的主要结果是,与立方 CaF2 型结构相比,具有立方 MgCu2 型结构的 Mg2Sn 化合物具有较高的品质因数 (ZTe),这有望使其成为高压下潜在热电应用的绝佳候选者。