Break and Beyond

Die Ergebnisse von R. Venkatasubramanian (ZT = 2.4 für nanoskalige Bi2Te3 / Sb2Te3 Übergittersysteme) stellen immer noch einen Meilenstein der thermoelektrischen Materialforschung dar. In der ersten Förderperiode des Projektes „Break“ wurden Untersuchungen angestellt, um zu einer physikalischen Erklärung der Phänomene zu gelangen, die zu den hohen thermoelektrischen Güteziffern geführt haben.  Die Übergitterschichtungen wurden mittels der Nanoalloying-Methode hergestellt. Unter Zusammenarbeit  aller beteiligten Institute wurden Untersuchungen der strukturellen, elektrischen und thermischen Eigenschaften sowie deren wechselseitigen Beziehung durchgeführt, begleitet von numerischen Modellrechnungen bezüglich der elektrischen Eigenschaften.  Die erhaltenen elektrischen Eigenschaften der Übergitterschichtungen waren überwiegend sehr gut¸ während die Reduktion der Wärmeleitfähigkeit nicht so stark ausfiel wie erwartet.  Transmissionselektronmikroskopische und röntgendiffraktometrische Untersuchungen nach einer Temperung bei 250°C zeigten eine signifikante temperaturgetriebene Interdiffusion, jedoch teilweise Stabilität der Übergitterschichtung.   

Demzufolge liegt in der zweiten Förderperiode des Projektes „Break and Beyond“  der Schwerpunkt auf epitaktischen und durch Nanoalloying hergestellten V2VI3 und V2VI3 / IV-VI Übergitterstrukturen mit erhöhter thermischer Stabilität. Die Herstellung soll auf verschiedenen Substraten erfolgen und die fruchtbare Zusammenarbeit bei der Probencharakterisierung, die sich bereits in der ersten Periode  bewährt hat, mit dem aktuellen Stand der Technologie entsprechenden Methoden fortgesetzt werden. Insbesondere die Elektronenmikroskopie wird zur Charakterisierung der Nanostrukturen eine wichtige Rolle spielen.  Weiterhin sollen neuartige Typen von Nanostrukturen hergestellt werden, d.h. zweidimensionale nanoskalige Lagen mit eindimensionalen nanoskaligen Substrukturen.  Kooperationen innerhalb und außerhalb des Schwerpunktprogrammes sind geplant, um die Vernetzung innerhalb der thermoelektrischen Forschungsgemeinschaft zu fördern und zu einem vertieften Verständnis der zugrundeliegenden materialbezogenen Phänomene zu gelangen. Wie erwarten nicht nur weitere Erkenntnisse, die zur Aufklärung der erwähnten hohen Güteziffern beitragen sondern auch Ausblicke, um neue Konzepte für die Herstellung verbesserter thermoelektrischer Materialien abzuleiten.