Strain engineering is an effective method to improve materials thermoelectric (TE) performance. In this study, both biaxial and isotropic strains ranging from −3% to +3 % and from −3% to −1%, respectively, were applied to improve the TE properties of PbSnTeSe high entropy alloy (HEA). The effects of strain on the TE transport properties of PbSnTeSe HEA were investigated using first-principles calculations combined with Boltzmann transport theory. Under biaxial strain, n-type doped PbSnTeSe HEA shows an increase in the optimal power factor (PF) with both compressive and tensile strains. For p-type doping, compressive strain enhances the PF, whereas tensile strain reduces it. Within a strain range of −3% to +3 %, the optimal PF are 7.8–9.5 mW/mK2 for n-type and 0.85–1.3 mW/mK2 for p-type doped PbSnTeSe HEA. The maximum figure of merit (ZT) value of 1.63 for n-type doped PbSnTeSe HEA at 300 K under 3 % tensile strain is 61 % higher than the ZT value of 1.1 without strain. Under isotropic strain ranging from 0 % to −3%, the PF increases from 7.8 to 14 mW/mK2 for n-type and from 1.1 to 3.4 mW/mK2 for p-type doped PbSnTeSe HEA. Additionally, isotropic strain boosts the maximum ZT value for p-type doped PbSnTeSe HEA at 300 K from 0.3 to 0.85 under −3% strain. This study confirms that strain engineering is an effective strategy to enhance the thermoelectric properties of PbSnTeSe HEA.

中文翻译：

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双轴应变和各向同性应变对 PbSnTeSe 高熵合金热电性能的影响：密度泛函理论研究


应变工程是提高材料热电 （TE） 性能的有效方法。在本研究中，分别应用了 -3% 至 +3 % 和 -3% 至 -1% 的双轴和各向同性应变来改善 PbSnTeSe 高熵合金 （HEA） 的 TE 性能。使用第一性原理计算结合玻尔兹曼输运理论研究了应变对 PbSnTeSe HEA 的 TE 输运特性的影响。在双轴应变下，n 型掺杂的 PbSnTeSe HEA 在压缩应变和拉伸应变下均显示出最佳功率因数 （PF） 的增加。对于 p 型掺杂，压缩应变增强 PF，而拉伸应变降低 PF。在 −3% 至 +3 % 的应变范围内，n 型的最佳 PF 为 7.8–9.5 mW/mK2，p 型掺杂 PbSnTeSe HEA 的最佳 PF 为 0.85–1.3 mW/mK2。在 300 K 下，在 3% 拉伸应变下，n 型掺杂 PbSnTeSe HEA 的最大品质因数 （ZT） 值为 1.63，比无应变的 ZT 值 1.1 高 61%。在 0 % 到 -3% 的各向同性应变范围内，n 型的 PF 从 7.8 增加到 14 mW/mK2，p 型掺杂的 PbSnTeSe HEA 从 1.1 增加到 3.4 mW/mK2。此外，在 -3% 应变下，各向同性应变在 300 K 时将 p 型掺杂 PbSnTeSe HEA 的最大 ZT 值从 0.3 提高到 0.85。本研究证实，应变工程是增强 PbSnTeSe HEA 热电性能的有效策略。