Найдена методика усиления свойств термоэлектриков

Эксперименты, проводившиеся в Berkeley Lab, показали, что подвергнутые воздействию альфа-частиц некоторые материалы многократно усиливают свои термоэлектрические свойства. Таким способом коэффициент эффективности (ZT) теллурида висмута, выращенного на арсенид-галлиевой подложке, удалось увеличить до 1,24 – наибольшего значения, когда-либо зафиксированного для этого материала при комнатной температуре.

«Мы продемонстрировали, что облучая термоэлектрический полупроводник высокоэнергетичными альфа-частицами можно управлять естественными дефектами в кристалле, увеличивая эффективность термоэлектрического материала в 10 раз, – сообщил сотрудник отдела материаловедения Berkeley Lab, Цзюньцяо У ( Junqiao Wu). – Хотя это открытие и противоречит здравому смыслу, оказывается, что свойства правильно поврежденного термоэлектрика улучшаются».

Альфа-частицы выбивают атомы из их позиций в решетке, создавая естественные дефекты, такие как вакансии и внедренные междоузельные атомы. При этом они наносят относительно серьезные повреждения в приповерхностном слое тонких пленок теллурида висмута, сама же поверхность сохраняет высокую электропроводность. Контролируемые естественные дефекты в данном случае оказывают благоприятное и многофункциональное воздействие: как доноры электронов и как фильтры энергии электронов.

«Дефекты, особенно естественные дефекты, всегда были целью исследований в материаловедении, однако понимание их роли в объединенном термоэлектрическом транспорте, а также в переносе энтропии в термоэлектрических материалах, оставалось недостаточным, – отмечает У. – Наша работа закладывает прочную основу для полного понимания физики этих процессов. Она также служит напоминанием, что дефекты в материалах это не всегда плохо».

Статья, описывающая данное исследование, была размещена в журнале Advanced Materials.