Contribution à l`étude des propriétés structurales, électroniques et thermoélectriques des alliages Mg2X(X=Si, Sn, Ge)

Abstract

Les composés à base de Mg2X (X = Si, Sn et Ge) ont attiré une grande attention en raison de leurs nombreux avantages dans les applications thermoélectriques. En particulier, à ce jour, les alliages ternaires à base de Mg2X ont été reconnus comme les systèmes thermoélectriques les plus explorés, car ces composés présentent d'excellentes propriétés TE. En utilisant les méthodes des premiers principes, nous avons accompli l'alliage mutuel des composés Mg2X (Si, Sn) afin de développer leur efficacité dans l'élargissement de la gamme des applications TE. Les propriétés électriques, structurelles et thermoélectriques de Mg2Si1-xSnx ont été étudiées. Avec l'augmentation de la teneur en Sn dans les composés de Mg2Si1-xSnx, nos calculs révèlent une augmentation linéaire de la constante de réseau a et une diminution du module apparent. En outre, cette augmentation de la teneur en Sn conduit également une diminution des valeurs de gap énergétique. De plus, en prenant en compte l'impact de la concentration en porteurs sur les propriétés TE nous pouvons affirmer que les alliages Mg2Si1-xSnx de type n révèlent un comportement TE plus élevé résultant de la grande masse effective 𝑚∗ (en termes de masse électronique 𝑚0) et d'un DOS plus élevé au niveau de Fermi. En particulier, la valeur suprême de ZT est d'environ 1.4 pour le Mg2Si0.375Sn0.625 de type n à 700 K avec n = 4×1020𝑐𝑚−3, où la combinaison d'un facteur de puissance élevé et de faibles valeurs de conductivité thermique permet d'obtenir un comportement TE plus élevé. Ces résultats suggèrent que les alliages Mg2Si1-xSnx pourraient être considérés comme des matériaux TE exceptionnels pour une utilisation pratique en raison de leurs bonnes performances TE.