MARC

 008250123s2024        us                              c    eng  d
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■020    ▼a9798384019862
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI31485794
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a620.11
■1001  ▼aToriyama,  Michael  Y.▼0(orcid)0000-0002-2530-1390
■24510▼aRole  of  Topology  and  Defects  on  Transport  Properties  in  Materials
■260    ▼a[Sl]▼bNorthwestern  University▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a313  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-02,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Snyder,  G.  Jeffrey.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Northwestern  University,  2024.
■520    ▼aElectrical  and  thermal  properties  of  materials  impact  many  important  innovations,  from  microelectronics  to  energy  harvesting  and  storage.  The  complex  relationship  between  electrical  and  thermal  properties  is  on  full  display  in  thermoelectric  materials,  where  electrical  energy  can  be  generated  from,  or  conversely  drive,  heat  flow.  Thermoelectrics  have  far-reaching  applications  in  powering  low-maintenance  devices  such  as  remote  Internet-of-Things  sensors  and  deep  space  vehicles.  Thermoelectrics  also  offer  a  green  alternative  to  traditional  cooling  systems,  which  typically  employ  hydrofluorocarbon  refrigerants  that  are  harmful  to  the  environment.  However,  despite  the  multi-faceted  use  of  thermoelectrics,  a  major  drawback  preventing  widespread  implementation  is  the  low  electrical-to-thermal  power  conversion  efficiency  of  many  known  materials.  Consequently,  there  is  a  strong  need  in  the  field  to  discover  new  materials  with  favorable  intrinsic  properties,  as  well  as  to  optimize  known  materials  through,  e.g.,  defect  engineering.In  this  thesis,  predictive  models  of  electronic  structure,  charge  transport,  and  defect  thermodynamics  are  developed  and  employed  to  advance  thermoelectric  materials  design.  Computational  and  theoretical  (pencil-and-paper)  methods  generally  provide  useful  guidance  in  materials  engineering,  from  enabling  high-throughput  discovery  to  exploring  the  effects  of  varying  processing  conditions  on  performance.  This  is  no  exception  in  thermoelectrics  research,  where  modeling  has  proven  invaluable  for  helping  to  reach  some  of  the  highest  power  conversion  efficiencies  recorded  to  date.  Here,  modeling  is  combined  with  first-principles  calculations  as  "virtual  experiments"  to  understand  the  fundamental  roles  of  material  physics  and  chemistry  in  thermoelectric  properties.The  thesis  is  organized  into  four  parts.  In  Part  I,  fundamental  relationships  between  band  inversion  in  topological  insulators,  band  warping,  and  thermoelectric  properties/performance  are  revealed  using  k.p  perturbation  theory.  Notably,  the  study  marks  topological  insulators  as  serious  candidates  for  thermoelectric  applications,  owing  to  a  phenomenon  known  as  band  inversion-driven  warping.  In  Part  II,  physics-informed  material  descriptors  are  derived  from  Boltzmann  transport  theory,  which  are  then  implemented  in  a  computational  workflow  to  discover  new  thermoelectrics.  The  screening  procedure  identifies  promising  candidates  for  next-generation  Peltier  cooling  devices,  and  the  work  inspires  a  new,  composite  descriptor  which  can  be  employed  to  pinpoint  new  candidates  in  the  future.  In  Part  III,  calculations  of  point  defect  energetics  are  performed  following  modern  defect  theory,  in  order  to  understand  doping  prospects  and  limitations  in  materials.  The  extent  to  which  the  thermoelectric  performance  of  a  material  can  be  optimized  is  strongly  influenced  by  the  ability  to  dope  the  material,  making  computations  valuable  for  guiding  thermoelectric  development.  In  Part  IV,  a  series  of  vignettes  are  provided  in  which  modern  defect  theory  is  extended  beyond  thermoelectrics  research.  From  analyzing  the  dopability  of  superconductors  to  enabling  a  chemical  intuition  for  defect-induced  electronic  states,  defect  calculations  play  an  instrumental  role  in  modeling  defect-related  properties  of  solid-state  materials  in  general.
■590    ▼aSchool  code:  0163.
■650  4▼aMaterials  science
■650  4▼aElectromagnetics
■650  4▼aThermodynamics
■653    ▼aDefects
■653    ▼aSemiconductors
■653    ▼aTheory
■653    ▼aThermoelectrics
■653    ▼aTopological  insulators
■653    ▼aCharge  transport
■690    ▼a0794
■690    ▼a0348
■690    ▼a0607
■71020▼aNorthwestern  University▼bMaterials  Science  and  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-02B.
■790    ▼a0163
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17163260▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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