There is evidence that magnetism can potentially increase the thermopower of materials, most likely due to magnon scattering, suggesting the incorporation of intrinsic magnetic semiconductors in non-magnetic thermoelectric materials. Here, samples of p-type Bi0.5Sb1.5Te3 with 10 at. % excess Te are ball-milled with varying ratios of the antiferromagnetic semiconductor CrSb (0, 0.125, 0.5, and 1 wt. %) to prepare bulk samples by spark plasma sintering technique. The thermopower of samples containing CrSb is increased due to an increase in the effective mass of the charge carriers, indicating that there is a drag effect originating from the magnetic particles. However, this was at the expense of reduced electrical conductivity caused by reduced charge carrier mobility. While overall only marginal improvements in power factors were observed, these samples exhibited significantly lower thermal conductivity compared to the single-phase material. As a result, a peak zT value of ∼1.4 was achieved at 325 K for the sample with 0.125 wt. % CrSb. These results highlight the potential of incorporating magnetic secondary phases to enhance the thermoelectric performance of materials.
REFERENCES
1.
M.
Zhang
,
W.
Liu
,
C.
Zhang
,
S.
Xie
,
Z.
Li
,
F.
Hua
,
J.
Luo
,
Z.
Wang
,
W.
Wang
,
F.
Yan
,
Y.
Cao
,
Y.
Liu
,
Z.
Wang
,
C.
Uher
, and
X.
Tang
, ACS Nano
15
, 5706
(2021
).2.
G.
Yang
,
R.
Niu
,
L.
Sang
,
X.
Liao
,
D. R. G.
Mitchell
,
N.
Ye
,
J.
Pei
,
J.-F.
Li
, and
X.
Wang
, Adv. Energy Mater.
10
, 2000757
(2020
).3.
T.
Hendricks
,
T.
Caillat
, and
T.
Mori
, Energies
15
, 7307
(2022
).4.
I. T.
Witting
,
T. C.
Chasapis
,
F.
Ricci
,
M.
Peters
,
N. A.
Heinz
,
G.
Hautier
, and
G. J.
Snyder
, Adv. Electron. Mater.
5
(6
), 1800904
(2019
).5.
I. T.
Witting
,
F.
Ricci
,
T. C.
Chasapis
,
G.
Hautier
, and
G. J.
Snyder
, Research
2020
, 4361703
.6.
F.
Ahmed
,
N.
Tsujii
, and
T.
Mori
, J. Mater. Chem. A
5
, 7545
(2017
).7.
W.
Koshibae
,
K.
Tsutsui
, and
S.
Maekawa
, Phys. Rev. B
62
, 6869
(2000
).8.
N.
Tsujii
,
A.
Nishide
,
J.
Hayakawa
, and
T.
Mori
, Sci. Adv.
5
, eaat5935
(2019
).9.
Y.
Zheng
,
T.
Lu
,
M. M. H.
Polash
,
M.
Rasoulianboroujeni
,
N.
Liu
,
M. E.
Manley
,
Y.
Deng
,
P. J.
Sun
,
X. L.
Chen
,
R. P.
Hermann
,
D.
Vashaee
,
J. P.
Heremans
, and
H.
Zhao
, Sci. Adv.
5
, eaat9461
(2019
).10.
M.
Bailyn
, Phys. Rev.
126
, 2040
(1962
).11.
J. D.
Wasscher
and
C.
Haas
, Phys. Lett. B
8
, 302
(1964
).12.
N.
Tsujii
and
T.
Mori
, Appl. Phys. Express
6
, 043001
(2013
).13.
R.
Ang
,
A. U.
Khan
,
N.
Tsujii
,
K.
Takai
,
R.
Nakamura
, and
T.
Mori
, Angew. Chem., Int. Ed.
54
, 12909
(2015
).14.
C.
Peng
,
G.
Zhang
,
C.
Wang
,
Y.
Yan
,
H.
Zheng
,
Y.
Wang
, and
M.
Hu
, Phys. Status Solidi (RRL)
12
, 1800172
(2018
).15.
J. B.
Vaney
,
S. A.
Yamini
,
H.
Takaki
,
K.
Kobayashi
,
N.
Kobayashi
, and
T.
Mori
, Mater. Today Phys.
9
, 100090
(2019
).16.
S.
Acharya
,
S.
Anwar
,
T.
Mori
, and
A.
Soni
, J. Mater. Chem. C
6
, 6489
(2018
).17.
S.
Das
,
S. M.
Valiyaveettil
,
K.-H.
Chen
,
S.
Suwas
, and
R. C.
Mallik
, Mater. Res. Express
6
, 086305
(2019
).18.
H.
Matsuura
,
M.
Ogata
,
T.
Mori
, and
E.
Bauer
, Phys. Rev. B
104
, 214421
(2021
).19.
W.
Zhao
,
Z.
Liu
,
P.
Wei
,
Q.
Zhang
,
W.
Zhu
,
X.
Su
,
X.
Tang
,
J.
Yang
,
Y.
Liu
,
J.
Shi
,
Y.
Chao
,
S.
Lin
, and
Y.
Pei
, Nat. Nanotechnol.
12
, 55
(2017
).20.
R.
Lu
,
J. S.
Lopez
,
Y.
Liu
,
T. P.
Bailey
,
A. A.
Page
,
S.
Wang
,
C.
Uher
, and
P. F. P.
Poudeu
, J. Mater. Chem. A
7
, 11095
(2019
).21.
K. G.
Liu
and
J.
Li
, Front. Green Build., Mater. Civil Eng.
71–78
(Pts 1–8
), 3741
(2011
).22.
C.
Bourgès
,
W.
Zhang
,
K. K.
Raut
,
Y.
Owada
,
N.
Kawamoto
,
M.
Mitome
,
K.
Kobayashi
,
J.-F. c
Halet
,
D.
Berthebaud
, and
T.
Mori
, ACS Appl. Energy Mater.
6
, 9646
(2023
).23.
Y.-H.
Gao
,
H.
Chen
,
N.
Liu
, and
R.-Z.
Zhang
, Results Phys.
11
, 915
(2018
).24.
Z.
Liu
,
J.
Zhu
,
P.
Wei
,
W.
Zhu
,
W.
Zhao
,
A.
Xia
,
D.
Xu
,
Y.
Lei
, and
J.
Yu
, ACS Appl. Mater. Interfaces
11
, 45875
(2019
).25.
26.
G.
Tan
,
F.
Shi
,
S.
Hao
,
H.
Chi
,
T. P.
Bailey
,
L. D.
Zhao
,
C.
Uher
,
C.
Wolverton
,
V. P.
Dravid
, and
M. G.
Kanatzidis
, J. Am. Chem. Soc.
137
, 11507
(2015
).27.
S.
Vandendriessche
,
W.
Brullot
,
D.
Slavov
,
V. K.
Valev
, and
T.
Verbiest
, Appl. Phys. Lett.
102
, 161903
(2013
).28.
W.
Zhao
,
Z.
Liu
,
Z.
Sun
,
Q.
Zhang
,
P.
Wei
,
X.
Mu
,
H.
Zhou
,
C.
Li
,
S.
Ma
,
D.
He
,
P.
Ji
,
W.
Zhu
,
X.
Nie
,
X.
Su
,
X.
Tang
,
B.
Shen
,
X.
Dong
,
J.
Yang
,
Y.
Liu
, and
J.
Shi
, Nature
549
, 247
(2017
).29.
H.-L.
Zhuang
,
J.
Pei
,
B.
Cai
,
J.
Dong
,
H.
Hu
,
F.-H.
Sun
,
Y.
Pan
,
G. J.
Snyder
, and
J.-F.
Li
, Adv. Funct. Mater.
31
, 2009681
(2021
).30.
Y.
Liu
,
Y.
Zhang
,
S.
Ortega
,
M.
Ibáñez
,
K. H.
Lim
,
A.
Grau-Carbonell
,
S.
Martí-Sánchez
,
K. M.
Ng
,
J.
Arbiol
,
M. V.
Kovalenko
,
D.
Cadavid
, and
A.
Cabot
, Nano Lett.
18
, 2557
(2018
).31.
R.
Deng
,
X.
Su
,
Z.
Zheng
,
W.
Liu
,
Y.
Yan
,
Q.
Zhang
,
V. P.
Dravid
,
C.
Uher
,
M. G.
Kanatzidis
, and
X.
Tang
, Sci. Adv.
4
, eaar5606
(2018
).32.
N. S.
Chauhan
,
S. V.
Pyrlin
,
O. I.
Lebedev
,
L. S. A.
Marques
,
M. M. D.
Ramos
,
T.
Maiti
,
K.
Kovnir
,
B. A.
Korgel
, and
Y. V.
Kolen'ko
, J. Phys. Chem. C
125
, 20184
(2021
).33.
H.-S.
Kim
,
N. A.
Heinz
,
Z. M.
Gibbs
,
Y.
Tang
,
S. D.
Kang
, and
G. J.
Snyder
, Mater. Today
20
, 452
(2017
).34.
H.
Dohnomae
,
K.
Shintaku
,
N.
Nakayama
, and
T.
Shinjo
, J. Magn. Magn. Mater.
126
, 346
(1993
).35.
M. M. H.
Polash
,
F.
Mohaddes
,
M.
Rasoulianboroujeni
, and
D.
Vashaee
, J. Mater. Chem. C
8
, 4049
(2020
).36.
A.
Kanatzia
,
C.
Papageorgiou
,
C.
Lioutas
, and
T.
Kyratsi
, J. Electron. Mater.
42
, 1652
(2013
).37.
V. M.
Prokhorov
,
G. I.
Pivivarov
,
V. M.
Levin
, and
E. S.
Morokov
, IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng.
42
, 012003
(2012
).38.
X.
Huang
,
X.
Feng
,
Q.
An
,
B.
Huang
,
X.
Zhang
,
Z.
Lu
,
G.
Li
,
P.
Zhai
,
B.
Duan
,
G. J.
Snyder
,
W. A.
Goddard
, and
Q.
Zhang
, Matter
6
, 3087
(2023
).39.
Y.
Zhong
,
S.
Chen
,
J.
Cai
,
Z.
Zhang
,
F.
Gao
,
S.
Huo
,
J.
Wu
,
C.
Cui
,
X.
Tan
,
G.
Liu
, and
J.
Jiang
, ACS Appl. Electron. Mater.
6
, 2552
(2024
).40.
H.-S.
Kim
,
K. H.
Lee
, and
S.
Kim
, J. Mater. Res. Technol.
14
, 639
(2021
).41.
D. K.
Ko
,
Y.
Kang
, and
C. B.
Murray
, Nano Lett.
11
, 2841
(2011
).42.
Y.-X.
Zhang
,
Y.-K.
Zhu
,
D.-S.
Song
,
J.
Feng
, and
Z.-H.
Ge
, Chem. Commun.
57
, 2555
(2021
).43.
G. J.
Snyder
and
E. S.
Toberer
, Nat. Mater.
7
, 105
(2008
).44.
Y.
Zheng
,
Q.
Zhang
,
X.
Su
,
H.
Xie
,
S.
Shu
,
T.
Chen
,
G.
Tan
,
Y.
Yan
,
X.
Tang
,
C.
Uher
, and
G. J.
Snyder
, Adv. Energy Mater.
5
, 1401391
(2015
).45.
S. J.
Watzman
,
R. A.
Duine
,
Y.
Tserkovnyak
,
S. R.
Boona
,
H.
Jin
,
A.
Prakash
,
Y. H.
Zheng
, and
J. P.
Heremans
, Phys. Rev. B
94
, 144407
(2016
).46.
R.
Fortulan
,
S. A.
Yamini
,
C.
Nwanebu
,
S.
Li
,
T.
Baba
,
M. J.
Reece
, and
T.
Mori
, ACS Appl. Energy Mater.
5
, 3845
(2022
).47.
M.
Jonson
and
G. D.
Mahan
, Phys. Rev. B
21
, 4223
(1980
).48.
A. F.
May
,
E. S.
Toberer
,
A.
Saramat
, and
G. J.
Snyder
, Phys. Rev. B
80
, 125205
(2009
).49.
T.
Fang
,
X.
Li
,
C.
Hu
,
Q.
Zhang
,
J.
Yang
,
W.
Zhang
,
X.
Zhao
,
D. J.
Singh
, and
T.
Zhu
, Adv. Funct. Mater.
29
, 1900677
(2019
).50.
T.
Parashchuk
,
R.
Knura
,
O.
Cherniushok
, and
K. T.
Wojciechowski
, ACS Appl. Mater. Interfaces
14
, 33567
(2022
).51.
G.
Yang
,
L.
Sang
,
D. R.
Mitchell
,
F. F.
Yun
,
K. W.
See
,
A. J.
Ahmed
,
S.
Sayyar
,
A.
Bake
,
P.
Liu
,
L.
Chen
,
Z.
Yue
,
D.
Cortie
, and
X.
Wang
, Chem. Eng. J.
428
, 131205
(2022
).52.
Z.
Wei
,
C.
Wang
,
L.
You
,
S.
Zhao
,
K.
Yang
,
H.
Chen
,
J.
Luo
, and
X.
Chen
, RSC Adv.
7
, 41111
(2017
).53.
S.
Bano
,
D. K.
Misra
,
J. S.
Tawale
, and
S.
Auluck
, J. Materiomics
7
, 1264
(2021
).54.
C.
Li
,
S.
Ma
,
P.
Wei
,
W.
Zhu
,
X.
Nie
,
X.
Sang
,
Z.
Sun
,
Q.
Zhang
, and
W.
Zhao
, Energy Environ. Sci.
13
, 535
(2020
).55.
G.
Yang
,
L.
Sang
,
F. F.
Yun
,
D. R. G.
Mitchell
,
G.
Casillas
,
N.
Ye
,
K.
See
,
J.
Pei
,
X.
Wang
,
J.-F.
Li
,
G. J.
Snyder
, and
X.
Wang
, Adv. Funct. Mater.
31
, 2008851
(2021
).56.
Q.
Tao
,
R.
Deng
,
J.
Li
,
Y.
Yan
,
X.
Su
,
P. F. P.
Poudeu
, and
X.
Tang
, ACS Appl. Mater. Interfaces
12
, 26330
(2020
).57.
D.
Zhang
,
J.
Wang
,
L.
Zhang
,
J.
Lei
,
Z.
Ma
,
C.
Wang
,
W.
Guan
,
Z.
Cheng
, and
Y.
Wang
, ACS Appl. Mater. Interfaces
11
, 36658
(2019
).58.
D.
Zhang
,
J.
Lei
,
W.
Guan
,
Z.
Ma
,
C.
Wang
,
L.
Zhang
,
Z.
Cheng
, and
Y.
Wang
, J. Alloys Compd.
784
, 1276
(2019
).59.
Y.
Li
,
X.
Wang
,
G.
Liu
,
B.
Shin
, and
F.
Shan
, Scr. Mater.
172
, 88
(2019
).© 2024 Author(s). Published under an exclusive license by AIP Publishing.
2024
Author(s)
You do not currently have access to this content.
