近期，固體所張永勝研究員課題組在高通量篩選二元硫族化合物熱電材料研究中取得新進(jìn)展。該工作基于熱電理論方法的發(fā)展，通過高通量計(jì)算手段篩選出了具有高效熱電性能的二元硫族材料。相關(guān)結(jié)果以“Screening Promising Thermoelectric Materials in Binary Chalcogenides through High-Throughput Computations”為題發(fā)表在 ACS Applied Materials & Interfaces期刊上。 

　　尋找性能良好的新型熱電材料，是促進(jìn)熱電器件大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的重要手段。在高通量研究材料的熱電性能中，需要高效計(jì)算材料的電學(xué)性質(zhì)和聲學(xué)性質(zhì)。但由于理論計(jì)算材料載流子弛豫時(shí)間和晶格熱導(dǎo)率的復(fù)雜與困難，先前的很多高通量研究工作均沒有充分考慮材料的電聲相互作用和非簡諧效應(yīng)強(qiáng)度對其熱電性能的影響。為了提高高通量工作的可靠性，張永勝研究員課題組將形變勢理論和彈性性質(zhì)計(jì)算方法應(yīng)用到了高通量研究中，評估了材料的電聲相互作用和非簡諧效應(yīng)強(qiáng)度，并定義和驗(yàn)證了可以用來表征材料電學(xué)性能的熱電參數(shù)c，和可以表征材料聲學(xué)性能的熱電參數(shù)g。同時(shí)編寫了高通量熱電材料篩選程序TEMG (ThermoElectric Materials Genome)，實(shí)現(xiàn)了對無機(jī)晶體數(shù)據(jù)庫中的cif晶體結(jié)構(gòu)文件進(jìn)行自動識別、篩選，并將其自動轉(zhuǎn)化為DFT計(jì)算程序需要的結(jié)構(gòu)輸入文件（比如POSCAR），自動配置相應(yīng)的DFT的計(jì)算參數(shù)（如贗勢、平面波截?cái)嗄芎?/font>k點(diǎn)個(gè)數(shù)），并自動提交計(jì)算作業(yè)。大批量DFT計(jì)算完成后，能夠自動對產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)（能態(tài)密度和彈性性能等）進(jìn)行后處理分析:（a）得到每個(gè)材料的帶隙和計(jì)算出材料的空穴有效質(zhì)量和電子有效質(zhì)量，用于表征材料的電學(xué)性質(zhì)（Seebeck系數(shù)、電導(dǎo)率和功率因子）；（b）通過彈性性能估算出材料的Grüneisen參數(shù)，用于表征材料的聲學(xué)性能（熱導(dǎo)率）。 

　　在此基礎(chǔ)上，張永勝研究員課題組高通量計(jì)算分析了243種二元硫族化合物的熱電性質(zhì)，成功預(yù)測出了50種熱電性能良好的二元硫族化合物，其中也包含了以往實(shí)驗(yàn)和理論研究過的熱電材料，這證明了方法的準(zhǔn)確性。此外還有9種p型和14種n型化合物是未被報(bào)道過的新型熱電材料。根據(jù)研究結(jié)果，他們通過對材料的晶體結(jié)構(gòu)空間群和分子式中原子的比例進(jìn)行分析，提出了簡單預(yù)判熱電性能的標(biāo)準(zhǔn)。該工作發(fā)展了熱電材料的高效評估手段，為今后熱電材料高通量篩選提供了新的方法，而且為實(shí)驗(yàn)工作者提供了更多的熱電材料研究體系和簡單評估標(biāo)準(zhǔn)。 

　　該項(xiàng)工作得到了國家自然科學(xué)的基金資助，理論計(jì)算是在中科院超算中心合肥分中心完成的。 

　　全文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b23297 

　　                                                           圖1. 高通量評估的計(jì)算流程圖