Дослідження електронних, пружних та транспортних властивостей методом DFT, і оцінка ґраткової теплопровідності напівгейслерового сплаву RuAsNb

  • Азіза Бутута 1Центр досліджень механіки CRM, Константіна, Алжир
  • Амор Буаріча University of Ghardaia Scientific Zone, Ghardaia, Algeria; 5Industrial Mechanics Laboratory (LMI), Badji Mokhtar—Annaba University, Annaba, Algeria; 5Лабораторія промислової механіки (LMI), Баджі Мохтар — Університет Аннаба, Аннаба, Алжир
  • Ф. Зеніхері Вища нормальна школа технологічної освіти, Скікда, Алжир; Лабораторія активних компонентів і матеріалів, Університет Ларбі Бен М'Хіді, Ум Ель Буагі, Алжир
  • Зейнеб Борджиба Лабораторія фізики матеріалів - L2PM, Університет Гельма 8 травня 1945 р. Алжир
  • Рабі Амрауї Вища нормальна школа технологічної освіти, Скікда, 21000, Алжир; Лабораторія фізики матеріалів - L2PM, Університет Гельма 8 травня 1945 р., Алжир https://orcid.org/0000-0001-9256-488X
  • Салім Кадрі Лабораторія промислової механіки (LMI), Баджі Мохтар — Університет Аннаба, Аннаба, Алжир; Лабораторія динаміки двигунів та віброакустики (LDMV), Університет М’хамеда Бугерра, Бумердс, Алжир
  • Валід Бенджедду Лабораторія динаміки двигунів та віброакустики (LDMV), Університет М’хамеда Бугерра, Бумердс, Алжир
  • Салах Агіб Лабораторія динаміки двигунів та віброакустики (LDMV), Університет М’хамеда Бугерра, Бумердс, Алжир
DOI: https://doi.org/10.26565/2312-4334-2026-2-17
Ключові слова: напівгейслер, DFT, структурна властивість, анізотропія, оптичні властивості, показник якості

Анотація

У цьому дослідженні ми застосували метод повнопотенціальної лінеаризованої доповненої плоскої хвилі (FP-LAPW), реалізований у Wien2k, для проведення комплексного дослідження структурних, електронних та термоелектричних властивостей RuAsNb. Електронна зонна структура була розрахована з використанням обмінно-кореляційного потенціалу TB-mBJ, що призвело до енергетичної забороненої зони, яка добре узгоджується з наявними експериментальними даними. Крім того, наш аналіз виявив сприятливі оптичні властивості, що підкреслює потенціал матеріалу для застосування в інфрачервоному, видимому та ультрафіолетовому діапазонах електромагнітного спектру. Ми також оцінили термоелектричні характеристики RuAsNb, проаналізувавши ключові параметри, включаючи коефіцієнт Зеєбека, електропровідність, теплопровідність та коефіцієнт потужності. Результати показують, що дірки є домінуючими носіями заряду, що підтверджує напівпровідникову природу p-типу RuAsNb. Крім того, було досліджено вплив змін хімічного потенціалу на ці термоелектричні властивості, що дало цінну інформацію про їх температурно-залежну поведінку. Щоб забезпечити надійність наших висновків, було проведено порівняльне дослідження з використанням різних обмінно-кореляційних потенціалів, яке додатково підтвердило узгодженість результатів. Перспективні термоелектричні характеристики RuAsNb свідчать про його придатність як потенційного кандидата для пристроїв перетворення енергії наступного покоління та фотоелектричних застосувань. Більше того, оцінка теплопровідності решітки за допомогою моделі Слака підсилює надійність наших прогнозів та надає цінні знання для майбутніх досліджень. Загалом, ця робота сприяє глибшому розумінню потенціалу RuAsNb у передових енергетичних матеріалах.

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Посилання

S. Kadri, T. Mohamed, B. Mahièddine, A. Rabie, and B. Zeyneb, “Study of Structural, Elastic, Thermal and Transport Properties of Ternary X(X=Co, Rh and Ir)MnAs Obtained by DFT,” East European Journal of Physics, (1), 47–57 (2022). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2022-1-07

Z. Feng, Y. Fu, P. Aditya, Y. Zhang, and D.J. Singh, “Electronic Structure as a Guide in Screening for Potential Thermoelectrics: Demonstration for Half-Heusler Compounds,” Physical Review, 100(8), 085202 (2019). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.100.085202

Z. Feng, Y. Fu, Y. Zhang, and D.J. Singh, “Characterization of Rattling in Relation to Thermal Conductivity: Ordered Half-Heusler Semiconductors,” Physical Review, 101(6), 064301 (2020). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.101.064301

F. Cherifi, Z. Mostefa, A. Boukra, Z.F. Meghoufel, M. Bouattou, F.K. Allah, and F. Terki, “Thermoelectric Transport Parameters of P‐Type RuVAs and RuNbAs Heusler Alloys,” Physica Status Solidi (b), basic solid state physics, 257(12), 2000271 (2020). https://doi.org/10.1002/pssb.202000271

P. Blaha, K. Schwarz, G.K.H. Madsen, D. Kvasnicka, J. Luitz, R. Laskowski, F. Tran, et al., WIEN2k: An Augmented Plane Wave Plus Local Orbitals Program for Calculating Crystal Properties, (Techn. Universitat, Vienna, 2019).

W. Kohn, and L.J. Sham, “Self-Consistent Equations Including Exchange and Correlation Effects,” Physical Review Journals Archive, 140(4A), 1133–1138 (1965). https://doi.org/10.1103/PhysRev. 140.A1133

F.D. Murnaghan, “The Compressibility of Media under Extreme Pressures,” Physics, 30(9) 244–247 (1944). https://doi.org/10.1073/pnas.30.9.244

S. Bouaricha, R. Kadrib, A. Amraoui, A. Boumaza, M. Belkhiri, F.E.Z. Tourab, D. Rahmaoui, et al., “DFT Calculation of Physical Properties for Performance Comparison of Electrothermal Actuators Made of Polysilicon and FeAsNb Alloy,” Physics of the Solid State, 67(9), 821-834 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2022-1-07

D. Behera, B. Akila, R. Amraoui, S. Kadri, S.K. Mukherjee, M.M. Salah, and A. Saeed, “Excellent Thermoelectric Performance in KBaTh (Th = Sb, Bi) Based Half-Heusler Compounds and Design of Actuator for Efficient and Sustainable Energy Harvesting Applications,” Crystals, 13(11), 1551 (2023). https://doi.org/10.3390/cryst13111551

F. Tran, and P. Blaha, “Accurate Band Gaps of Semiconductors and Insulators with a Semilocal Exchange-Correlation Potential,” Physical Review Letters, 102(226401), 1–3 (2009). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.102.226401

M. Born, and K. Huang, Dynamical Theory of Crystal Lattices, (Clarendon Press Publication, Oxford, 1998); R.Hill, “The Elastic Behaviour of a Crystalline Aggregate,” Proceedings of the Physical Society. Section A, 65(5), 349–354 (1952). https://doi.org/10.1088/0370-1298/65/5/307

S. Pugh, “XCII. Relations between the elastic moduli and the plastic properties of polycrystalline pure metals,” The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, 45(367), 823–843 (1954). https://doi.org/10.1080/14786440808520496

Y. Tian, B. Xu, Z. Zhao, “Microscopic Theory of Hardness and Design of Novel Superhard Crystals,” International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 33, 93–106 (2012). https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2012.02.021

V. Razumovskiy, E. Isaev, A. Ruban, and P. Korzhavyi, “Ab initio calculations of elastic properties of Pt–Sc alloys,” Intermetallics, 16(8), 982–986 (2008). https://doi.org/10.1016/j.intermet.2008.04.016

N. Arıkan, A. İyigör, A. Candan, Ş. Uğur, Z. Charifi, H. Baaziz, and G. Uğur, “Electronic and phonon properties of the full-Heusler alloys X2YAl (X = Co, Fe and Y = Cr, Sc): a density functional theory study,” Journal of Materials Science, 49, 4180 4190 (2014). https://doi.org/10.1007/s10853-014-8113-7

H. Inaba, and T. Yamamoto, “Debye Temperature of Materials,” Netsu Sokutei, 10, 132–145 (1983).

E. Bringuier, “The Boltzmann equation and relaxation-time approximation for electron transport in solids,” European Journal of Physics, 40, 1–33 (2019). https://doi.org/10.1088/1361-6404/aaf5f0

G.K.H. Madsen, and D.J. Singh, “BoltzTraP. A code for calculating band-structure dependent quantities,” Computer Physics Communications, 175(1), 67–71 (2006). https://doi.org/10.1016/j.cpc.2006.03.007

G. Snyder, in: CRC Handbook of Thermoelectrics, edited by D.M. Rowe, (CRC Press, Boca Raton, 2006). p. 144.

B. Lenoir, Thermoélectricité: des principes aux applications, (Transport, 1990). pp. 1–19.

X. Zhang, and J. Xia, “Approaches to design inorganic semiconductors while maintaining structural motifs,” Journal of Semiconductors, 39(7), 1 (2018). https://doi.org/10.1088/1674-4926/39/7/071002

T.J. Seebeck, Magnetic Polarization of metals and minerals, (Abhand. Deut. Akad. Wiss, Berlin, 1822).

M.J. Winiarski, K. Bilinska, K. Ciesielski, and D. Kaczorowski, “Thermoelectric performance of p-type half-Heusler alloys ScMSb (M=Ni, Pd, Pt) by ab initio calculations,” Journal of Alloys and Compounds, 762, 901–905 (2018). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.05.257

P. Taylor, and C. Wood, “Thermoelectric properties of Ag2Te and Ag2Se,” Adv. Energy Convers. 01, 141–145 (1961). https://doi.org/10.1016/0365-1789(61)90023-6

R. Amraoui, S. Kadri, H. Meradji, M. Berkani, A. Bouaricha, S. Ghemid, A. Boumaza, et al., “First-principles computational study on structural, elastic, magnetic, electronic, and thermoelectric properties of Co2MnGe: a potential Heusler ternary compound,” The European Physical Journal B, 95, 1–14 (2022). https://doi.org/10.1140/epjb/s10051-022-00466-y

G.A. Slack, “The Thermal Conductivity of Nonmetallic Crystals,” Solid state physics, 34, 1–71 (1979). https://doi.org/10.1016/s0081-1947(08)60359-8

Опубліковано
2026-06-10
Цитовано
Як цитувати
Бутута, А., Буаріча, А., Зеніхері, Ф., Борджиба, З., Амрауї, Р., Кадрі, С., Бенджедду, В., & Агіб, С. (2026). Дослідження електронних, пружних та транспортних властивостей методом DFT, і оцінка ґраткової теплопровідності напівгейслерового сплаву RuAsNb. Східно-європейський фізичний журнал, (2), 169-178. https://doi.org/10.26565/2312-4334-2026-2-17
Номер
№ 2 (2026): Східно-європейський фізичний журнал
Розділ
Статті

Авторське право (c) 2026 Азіза Бутута, Амор Буаріча, Ф. Зеніхері, Зейнеб Борджиба, Рабі Амрауї, Салім Кадрі, Валід Бенджедду, Салах Агіб

Ліцезія Creative Commons

Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

    • Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
    • Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
    • Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).