空位有序-无序转变与能带收敛效应：HfRu1.5Sb的第一性原理研究及其热电性能优化启示

本文通过密度泛函理论（DFT）、团簇展开（CE）和蒙特卡洛（MC）模拟，揭示了半赫斯勒类似物HfRu1.5Sb中Ru空位的短程有序（SRO）现象及其对电子结构的调控机制。研究发现1100K处存在有序-无序相变，并鉴定出两种基态构型（GS1/GS2），其中GS2中空位形成的四面体构型通过弱化Hf-Ru键合诱导额外价带谷，显著增强能带收敛效应，为空位工程优化热电材料提供了理论依据。

　　

Highlight

本研究采用DFT-CE-MC多尺度方法，首次揭示了HfRu_1.5Sb中Ru_4d位点空位的自发短程有序行为。通过精确模拟发现：

Effective Correlation Energy

形成能凸包分析（图1b）显示x=0.5时HfRu_1.5Sb最稳定，其基态构型GS1（图1c）的晶格常数La=6.298 ?与实验值6.306 ?高度吻合。通过施加扩展矩阵将FCC原胞转化为PC1原胞后...

Conclusion

综合DFT、团簇展开理论和蒙特卡洛模拟，我们系统研究了类半赫斯勒化合物HfRu_1.5Sb的结构与电子特性。发现冷却过程中Ru_4d空位在1100K发生有序-无序相变，产生GS1/GS2两种基态。其中GS2独特的四面体空位排布通过削弱相邻Hf-Ru键，在L/X点引入新的价带谷，这种"缺陷工程交响效应"为空位调控热电材料提供了全新范式。