The electronic structure and thermoelectric properties of strained (biaxially and uniaxially) Sr0.95Pr0.05TiO3 and SrTi0.95Nb0.05O3 are investigated in the temperature range from 300 K to 1200 K. Substitutions of Pr at the Sr site and Nb at the Ti site generate n-type doping and thus improve the thermoelectric performance as compared to pristine SrTiO3. Further enhancement is achieved by the application of strain, for example, of the Seebeck coefficient by 21% for Sr0.95Pr0.05TiO3 and 10% for SrTi0.95Nb0.05O3 at room temperature in the case of 5% biaxial strain. At 1200 K, we predict figures of merit of 0.58 and 0.55 for 2.5% biaxially strained Sr0.95Pr0.05TiO3 and SrTi0.95Nb0.05O3, respectively, which are the highest values reported for rare earth doped SrTiO3.

1.
J.
Liu
,
C. L.
Wang
,
H.
Peng
,
W. B.
Su
,
H. C.
Wang
,
J. C.
Li
,
J. L.
Zhang
, and
L. M.
Mei
,
J. Electron. Mater.
41
,
3073
(
2012
).
2.
N.
Wang
,
H.
He
,
Y.
Ba
,
C.
Wan
, and
K.
Koumoto
,
J. Ceram. Soc. Jpn.
118
,
1098
(
2010
).
3.
J.
Fukuyado
,
K.
Narikiyo
,
M.
Akaki
,
H.
Kuwahara
, and
T.
Okuda
,
Phys. Rev. B
85
,
075112
(
2012
).
4.
B.
Jalan
and
S.
Stemmer
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
042106
(
2010
).
5.
I. A.
Sluchinskaya
,
A. I.
Lebedev
, and
A.
Erko
,
J. Appl. Phys.
112
,
024103
(
2012
).
6.
A.
Kinaci
,
C.
Sevik
, and
T.
Cagin
,
Phys. Rev. B
82
,
155114
(
2010
).
7.
S. R. S.
Kumar
,
A. I.
Abutaha
,
M. N.
Hedhili
, and
H. N.
Alshareef
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
052110
(
2012
).
8.
M.
Yamamoto
,
H.
Ohta
, and
K.
Koumoto
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
072101
(
2007
).
9.
S.
Ohta
,
T.
Nomura
,
H.
Ohta
,
M.
Hirano
,
H.
Hosono
, and
K.
Koumoto
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
092108
(
2005
).
10.
S.
Ohta
,
T.
Nomura
,
H.
Ohta
, and
K.
Koumotoa
,
J. Appl. Phys.
97
,
034106
(
2005
).
11.
K.
Özdoğan
,
M.
Upadhyay Kahaly
,
H. N.
Alshareef
, and
U.
Schwingenschlögl
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
193110
(
2012
).
12.
S. R. S.
Kumar
,
A. I.
Abutaha
,
M. N.
Hedhili
, and
H. N.
Alshareef
,
J. Appl. Phys.
112
,
114104
(
2012
).
13.
Y.
Kozuka
,
M.
Kim
,
H.
Ohta
,
Y.
Hikita
,
C.
Bell
, and
H. Y.
Hwang
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
222115
(
2010
).
14.
C.
Yu
,
M. L.
Scullin
,
M.
Huijben
,
R.
Ramesh
, and
A.
Majumdar
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
092118
(
2008
).
15.
B.
Jalan
,
R.
Engel-Herbert
,
T. E.
Mates
, and
S.
Stemmer
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
052907
(
2008
).
16.
M. L.
Scullin
,
C.
Yu
,
M.
Huijben
,
S.
Mukerjee
,
J.
Seidel
,
Q.
Zhan
,
J.
Moore
,
A.
Majumdar
, and
R.
Ramesh
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
202113
(
2008
).
17.
E. M.
Levin
,
S. L.
Budko
, and
K. S.
Rohr
,
Adv. Funct. Mater.
22
,
2766
(
2012
).
18.
J. A.
Dawson
,
X.
Li
,
C. L.
Freeman
,
J. H.
Harding
, and
D. C.
Sinclair
,
J. Mater. Chem. C
1
,
1574
(
2013
).
19.
L.
Zhang
,
T.
Tosho
,
N.
Okinaka
, and
T.
Akiyama
,
Mater. Trans.
48
,
2088
(
2007
).
20.
H. C.
Wang
,
C. L.
Wang
,
W. B.
Su
,
J.
Liu
,
Y.
Sun
,
H.
Peng
, and
L. M.
Mei
,
J. Am. Ceram. Soc.
94
,
838
(
2011
).
21.
A. V.
Kovalevsky
,
A. A.
Yaremchenko
,
S.
Populoh
,
A.
Weidenkaff
, and
J. R.
Frade
,
J. Appl. Phys.
113
,
053704
(
2013
).
22.
B.
Jalan
,
S. J.
Allen
,
G. E.
Beltz
,
P.
Moetakef
, and
S.
Stemmer
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
132102
(
2011
).
23.
M. L.
Lee
and
E. A.
Fitzgerald
,
J. Appl. Phys.
94
,
2590
(
2003
).
24.
T. P.
Kaloni
,
Y. C.
Cheng
, and
U.
Schwingenschlögl
,
J. Appl. Phys.
113
,
104305
(
2013
).
25.
P.
Blaha
,
K.
Schwarz
,
G.
Madsen
,
D.
Kvasicka
, and
J.
Luitz
,
WIEN2k, An augmented plane wave plus local orbitals program for calculating crystal properties, TU Vienna, Vienna
,
2001
.
26.
G. K. H.
Madsen
,
K.
Schwarz
,
P.
Blaha
, and
D. J.
Singh
,
Phys. Rev. B
68
,
125212
(
2003
).
27.
G. K. H.
Madsen
and
D. J.
Singh
,
Comput. Phys. Commun.
175
,
67
(
2006
).
28.
R.
Garg
,
A.
Senyshyn
,
H.
Boysen
, and
R.
Ranjan
,
Phys. Rev. B
79
,
144122
(
2009
).
29.
R. F.
Berger
,
C. J.
Fennie
, and
J. B.
Neaton
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
146804
(
2011
).
30.
T.
Tomio
,
H.
Miki
,
H.
Tabata
,
T.
Kawai
, and
S.
Kawai
,
J. Appl. Phys.
76
,
5886
(
1994
).
31.
S.
Ohta
and
K.
Koumoto
,
J. Ceram. Soc. Jpn.
114
,
102
(
2006
).
32.
H.
Muta
,
K.
Kurosaki
, and
S.
Yamanaka
,
J. Alloys Compd.
350
,
292
(
2003
).
You do not currently have access to this content.