Celem pracy doktorskiej są badania teoretyczne wybranych układów termoelektrycznych w oparciu o obliczenia struktury elektronowej, w celu poprawy elektronowych własności transportowych (np. termosiły). Rozprawa dotyczy związków Mg2X (X = Si, Ge, Sn) wykazujących silny efekt Seebecka. W pracy
omówione zostały podstawowe zjawiska fizyczne zachodzące w materiałach termoelektrycznych oraz przedstawiona została prosta metoda obliczania współczynnika Seebecka na podstawie funkcji gęstości stanów elektronowych. Zaprezentowano metodę KKR-CPA służącą do obliczeń struktury elektronowej układów nieuporządkowanych. Dalej przeanalizowano wpływ defektów punktowych na pojawianie się elektronowego (lub dziurawego) przewodnictwa elektrycznego w układach Mg2X. Scharakteryzowano także strukturę elektronową stopów Mg2(Si-Ge) i Mg2(Si-Sn) i przeanalizowano strukturę elektronową kilkudziesięciu domieszek rozcieńczonych na różnych pozycjach w Mg2Si, uzyskując informacje o charakterze przewodnictwa, możliwościach wzmocnienia termosiły, jak też stanie magnetycznym domieszek. W ostatniej części pracy przedstawiono wyniki obliczeń energii tworzenia wybranych domieszek w Mg2Si. Pozwoliło to na zbadanie preferencji podsieci przy podstawianiu, jak też analizę stabilności tych domieszek. Dyskutowano też wpływ defektów punktowych, takich jak wakansje czy atomy w pozycjach międzywęzłowych, na własności elektronowe tych związków.
Theoretical study of influence of doping on electronic structure and transport properties in magnesium silicide alloys exhibiting large Seebeck effect
The aim of the PhD thesis is theoretical investigations of selected thermoelectric systems based on electronic structure calculations in order to enhance electron transport properties (i.e. thermopower). The dissertation concerns Mg2X(X= Si, Ge,
Sn) compounds that exhibit large Seebeck effect. Basic physical phenomena occurring in thermoelectric materials have been described in this work as well as simple way to calculate Seebeck coefficient based on electronic density of states function has been shown. The KKR-CPA method used for electronic structure calculations of disordered systems, has also been presented. The influence of point defects on occurrence of electron-like (or hole-like) electrical conductivity in Mg2X systems has been analyzed. Electronic structure of Mg2(Si-Ge) and Mg2(Si-Sn) alloys has been characterized as well as electronic structure of dozen impurities diluted on different sublattices in Mg2Si, that suggest electrical conductivity type indicating possibilities to enhance thermopower and magnetic state of dopants. Last part of the dissertation presents results of formation energy calculation for selected impurities in Mg2Si. It allowed to examine sublattice preference during introduction as well as dopant stability. Finally, the influence of point defects as vacancies or interstitials on the electronic of these comnounds have been discussed.
