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Title: Properties and Astrophysical Implications of the 150 M ⊙ Binary Black Hole Merger GW190521
Award ID(s):
1726215 2031744 2004044 1707946 1912632 1811228 1828187 1912578 1912081 2011334 2012057 2018420 1912649 1806824 1707835 2011608 1806990 1912630 1653374 1912594 1806461 1912648 1912604 1807046 1806839 1921006 2110338 1806165 1806577
NSF-PAR ID:
10190343
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
The Astrophysical Journal
Volume:
900
Issue:
1
ISSN:
2041-8213
Page Range / eLocation ID:
L13
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. Thermoelectric materials can convert heat into electricity. They are used to generate electricity when other power sources are not available or to increase energy efficiency by recycling waste heat. The Yb 21 Mn 4 Sb 18 phase was previously shown to have good thermoelectric performance due to its large Seebeck coefficient (∼290 μV K −1 ) and low thermal conductivity (0.4 W m −1 K −1 ). These characteristics stem respectively from the unique [Mn 4 Sb 10 ] 22− subunit and the large unit cell/site disorder inherent in this phase. The solid solutions, Yb 21 Mn 4− x Cd x Sb 18 ( x = 0, 0.5, 1.0, 1.5) and Yb 21− y Ca y Mn 4 Sb 18 ( y = 3, 6, 9, 10.5) have been prepared, their structures characterized and thermoelectric properties from room temperature to 800 K measured. A detailed look into the structural disorder for the Cd and Ca solid solutions was performed using synchrotron powder X-ray diffraction and pair distribution function methods and shows that these are highly disordered structures. The substitution of Cd gives rise to more metallic behavior whereas Ca substitution results in high resistivity. As both Cd and Ca are isoelectronic substitutions, the changes in properties are attributed to changes in the electronic structure. Both solid solutions show that the thermal conductivities remain extremely low (∼0.4 W m −1 K −1 ) and that the Seebeck coefficients remain high (>200 μV K −1 ). The temperature dependence of the carrier mobility with increased Ca substitution, changing from approximately T −1 to T −0.5 , suggests that another scattering mechanism is being introduced. As the bonding changes from polar covalent with Yb to ionic for Ca, polar optical phonon scattering becomes the dominant mechanism. Experimental studies of the Cd solid solutions result in a max zT of ∼1 at 800 K and, more importantly for application purposes, a ZT avg ∼ 0.6 from 300 K to 800 K. 
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