Діагностика функціональних матеріалів із замкненими поверхнями Фермі, описуваних моделлю Фіваза, та деякі аспекти їх застосування

Abstract

Наведено результати теоретичних дослiджень впливу непараболiчностi, описуваної моделлю Фiваза, на властивостi шаруватих функцiональних матерiалiв iз замкненими поверхнями Фермi. Теоретичнi розрахунки поздовжнiх кiнетичних коефiцiєнтiв для ряду моделей часу релаксацiї як у квантуючому магнiтному полi, перпендикулярному до шарiв, так i за його вiдсутностi, виконано для двох випадкiв: моделi Фiваза та наближення ефективної маси. Показано, що ефекти, пов’язанi з непараболiчнiстю, можуть виявлятися не лише у випадку вiдкритих поверхонь Фермi, як це традицiйно вважається, але й у випадку замкнених поверхонь Фермi. Це є сприятливим фактором для дiагностики таких матерiалiв за польовими та температурними залежностями їх кiнетичних коефiцiєнтiв. Загальнi спiввiдношення, на основi яких виконувалися розрахунки, не можуть бути отриманi в рамках традицiйних пiдходiв. Додатково дослiджено вплив непараболiчностi, описуваної моделлю Фiваза, на властивостi монокристалiчних та порошкових термоелектричних матерiалiв. На основi цих дослiджень запропоновано термоелектричнi матерiали, оптимiзованi за гранулометричним складом порошку та зонним спектром.

Представлены результаты теоретических исследований влияния непараболичности, описываемой моделью Фиваза, на свойства функциональных материалов с замкнутыми поверхностями Ферми. Теоретические расчеты продольных кинетических коэффициентов для ряда моделей времени релаксации как в квантующем магнитном поле, перпендикулярном слоям, так и в его отсутствие,выполнены для двух случаев: модели Фиваза и приближения эффективной массы. Показано, что эффекты, связанные с непараболичностью, могут проявляться не только в случае открытых поверхностей Ферми, как традиционно считается, но и в случае замкнутых поверхностей Ферми. Это является фактором, благоприятствующим диагностике таких материалов по полевым и температурным зависимостям их кинетических коэффициентов. Общие соотношения, на основе которых выполнялись расчеты, не могут быть получены в рамках традиционных подходов. Дополнительно исследовано влияние непараболичности, описываемой моделью Фиваза, на свойства монокристаллических и порошковых термоэлектрических материалов. На основании этих исследований предложены термоэлектрические материалы, оптимизированные по гранулометрическому составу порошка и зонному спектру.

The results of theoretical studies of the influence of a nonparabolicity in the Fivaz model on the properties of functional materials with closed Fermi surfaces are presented. Theoretical calculations of the longitudinal kinetic coefficients in the relaxation time approximation in a quantizing magnetic field perpendicular to layers and in the absence of a magnetic field are performed for two cases, such as the Fivaz model and the effective mass approximation. It is shown that the nonparabolicity effects may be well observed not only for highly open Fermi surfaces, as the majority of researchers believe, but for transient or closed Fermi surfaces. This is favorable factor for the diagnostics of such materials by the temperature and field dependences of their kinetic coefficients. Additionally, we investigated the nonparabolicity influence in the Fivaz model on the properties of thermoelectric materials in single crystals and powders. On this basis, some thermoelectric materials optimized by a powder grain size composition and a band spectrum are proposed.