Details

Цель работы – исследование термоэлектрических свойств CoGe с учётом энергозависимости времени релаксации электронов. Моногерманид кобальта является перспективным термоэлектрическим материалом благодаря высокой электропроводности и механической стабильности. Для повышения его эффективности необходимо точно предсказать транспортные свойства. В работе с помощью ab initio расчётов в Quantum ESPRESSO и Perturbo исследованы электронная структура и термоэлектрические характеристики CoGe. Впервые учтена энергозависимость времени релаксации электронов, что позволило получить коэффициент Зеебека S=-65.17 мкВ/К при комнатной температуре, хорошо согласуется с экспериментом -82 мкВ/К, в отличие от CRTA (69.96 мкВ/К). Электропроводность 0.41·10^6  См/м(расчет) 0.5·10^6См/м(эксперимент) и решёточная теплопроводность (4.72 Вт/м·К и 5.3 Вт/м·К) тоже хорошо согласуются с экспериментом. Зависимость S от легирования (CoGe_(1-x) Me_x, Me = Fe, Ni) воспроизводит переход от n- к p-проводимости. Термоэлектрическая добротность ZT = 0.065 (эксперимент: 0.112) чувствительна к S^2. Результаты подтверждают перспективность CoGe и эффективность предложенного подхода для оптимизации термоэлектрических свойств путём легирования.

Aim of the work: Investigation of the thermoelectric properties of CoGe with account for energy-dependent electron relaxation times. Cobalt monogermanide is a promising thermoelectric material due to its high electrical conductivity and mechanical stability. Accurate prediction of its transport properties is crucial for enhancing thermoelectric efficiency. Using ab initio calculations in Quantum ESPRESSO, Wannier90, and Perturbo, the electronic structure and thermoelectric characteristics of CoGe were studied. For the first time, energy-dependent electron relaxation times were computed, yielding a Seebeck coefficient of S = -65.17 μV/K at 300 K, close to the experimental value (-82 μV/K), unlike CRTA (69.96 μV/K). Electrical conductivity (σ = 0.41·10^6 S/m) and lattice thermal conductivity (κ_lat = 4.72 W/m·K ) align well with experimental data (experimental κ_lat = 5.3 W/m·K). The Seebeck coefficient’s dependence on doping in CoGe_((1-x) ) Me_x (Me = Fe, Ni) reproduces the n-to-p conductivity transition. The thermoelectric figure of merit ZT = 0.065 (experimental: 0.112) is sensitive to S^2. The novelty lies in applying Perturbo to accurately account for electron-phonon interactions. CoGe is confirmed as a promising material, with the proposed approach enabling optimization of its thermoelectric properties through doping.