狄拉克费米子与声子的耦合在拓扑半导体TaSb2中实现巨纳斯特热电性能

《Advanced Materials》：Dirac Fermion and Phonon Coupling Toward Giant Nernst Thermoelectric Performance in Topological Semimetal TaSb2

电子空穴补偿与拓扑半金属超高迁移率正引导热电材料设计，其异常Nernst效应源于Dirac费米子与声子耦合。研究单晶TaSb?发现1200 μV K?1热电功率和8300 μW cm?1 K?2功率因子，创XPn?家族最高纪录，为超低温热管理提供新材料范式。

　　

摘要

电子和空穴的补偿以及拓扑半导体的超高迁移率正成为设计具有较大Nernst效应的热电材料的指导原则，基于这一原则，已经发现了几种拓扑半导体。在这里，除了理想的能带特性外，狄拉克费米子与声子的耦合对于产生异常的Nernst效应也起到了关键作用。通过对TaSb₂单晶的研究，观察到了1200 μV K^?1的高Nernst热电势和8300 μW cm^?1 K^?2的巨大Nernst功率因子（PF_N），这些数值在拓扑XPn₂（X = Ta, Nb; Pn = As, Sb）家族中属于创纪录的水平。特别是，声子拖拽效应所体现的狄拉克费米子与声子的耦合增强了电子和空穴的塞贝克系数，从而提高了Nernst热电势。这些结果为未来设计具有较大Nernst效应的新材料提供了新的见解，并展示了TaSb₂在低温下的固态冷却和热管理方面的潜力。

图形摘要

本工作展示了拓扑半导体TaSb₂中的巨大普通Nernst效应（ONE）——这是由于在高载流子迁移率和电子-空穴补偿条件下，声子拖拽效应增强了其电子-空穴带中的塞贝克系数所致。由此产生的高Nernst热电势和横向功率因子，是由狄拉克费米子与声子的耦合驱动的，代表了XPn₂（X = Ta, Nb; Pn = As, Sb）家族中报道的最高值，并为设计高性能横向热电材料建立了新的框架。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。