Prof. Andrej Pustogow
Technische Universit\u00e4t Wien
Forschungsbereich Functional and Magnetic Materials
+43 1 58801 131 28
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<\/p>\n(openPR) Viele Schl\u00fcsselinnovationen unserer Zeit, wie leistungsf\u00e4hige Elektromotoren, langlebige Werkstoffe bis hin zu Quantencomputern, beruhen auf Materialien mit ma\u00dfgeschneiderten Eigenschaften. Erzeugen lassen sie sich zum Beispiel durch Dotierung oder Legierung, wobei einzelne Atome im Kristallgitter durch andere ersetzt werden. Wie genau sich die thermoelektrischen Eigenschaften eines Materials durch gezielte Substitution verbessern lassen, untersuchte ein Team um Andrej Pustogow und Ernst Bauer von der TU Wien. Die Ergebnisse ver\u00f6ffentlichten sie k\u00fcrzlich in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications.<\/p>\n
Heusler-Verbindungen r\u00fccken in den Fokus<\/p>\n
Im Mittelpunkt der Forschung steht die Materialklasse der \u201eHeusler\u201c-Verbindungen. Diese zeichnen sich durch ihre gro\u00dfe strukturelle Variabilit\u00e4t aus: Viele verschiedene Elemente k\u00f6nnen in ihr Kristallgitter eingebaut werden, wodurch sich ihre Eigenschaften in weiten Bereichen modifizieren lassen. \u201eGenau diese Vielseitigkeit macht Heusler-Verbindungen zu einem idealen \u201aBaukasten\u2018 f\u00fcr neue funktionale Materialien,\u201c erkl\u00e4rt Ernst Bauer. <\/p>\n
\u201eMan kann sich die Modifikationen wie einen Outfitwechsel vorstellen\u201c, sagt Andrej Pustogow. \u201eInnendrin steckt immer dieselbe Person. Was sich aber, je nach Anlass oder Funktion \u00e4ndert, ist das Outfit.\u201c \u00dcbertragen auf die Materialforschung bedeutet dies, dass zwar alle dazugeh\u00f6rigen Materialien dieselbe Kristallstruktur haben, man jedoch nach Belieben die Atome austauschen und damit Funktionalit\u00e4t \u201aon demand\u2018 erhalten kann.<\/p>\n
Neue thermoelektrische Materialien<\/p>\n
Ein besonders vielversprechendes Anwendungsfeld von Heusler-Verbindungen ist die Thermoelektrik. Thermoelektrische Prozesse sind solche, bei denen W\u00e4rme direkt in elektrische Energie umgewandelt wird. Entsprechende Materialien k\u00f6nnten beispielsweise Abw\u00e4rme aus Industrieprozessen oder Fahrzeugen nutzen und so zu einer Steigerung der Energieeffizienz beitragen. Umgekehrt lassen sich Thermoelektrika durch elektrischen Strom auch zum K\u00fchlen einsetzen, etwa in kompakten K\u00fchlschr\u00e4nken oder in PCR-Ger\u00e4ten, die schnelle Temperaturwechsel ben\u00f6tigen.<\/p>\n
\u201eIn beiden F\u00e4llen sucht man f\u00fcr eine hohe thermoelektrische Effizienz Materialien, die gleichzeitig eine gute elektrische Leitf\u00e4higkeit und eine geringe W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit besitzen. In unserer aktuellen Arbeit haben wir eine Methode gefunden, um Hindernisse f\u00fcr den W\u00e4rmestrom zu erzeugen, die f\u00fcr die elektrischen Ladungstr\u00e4ger unsichtbar sind,\u201c erkl\u00e4rt Fabian Garmroudi, einer der beiden Erstautoren der Studie. Illia Serhiienko, ebenfalls Erstautor, f\u00fcgt hinzu: \u201eSomit haben wir mit der h\u00f6chsten jemals gemessenen thermoelektrischen Performance in Heusler-Materialien einen neuen Rekord erreicht \u2013 und wir sind noch lange nicht am Limit!\u201c <\/p>\n
Kein Stein bleibt auf dem anderen<\/p>\n
Die Wirkung solcher atomaren Ver\u00e4nderungen, wie das Team sie durch Dotierung oder Legierung vornimmt, kann dabei enorm sein und ist in vielen Bereichen unseres Alltags sichtbar. \u201eWir haben im wahrsten Sinne des Wortes keinen (elementaren Bau-)Stein auf dem anderen gelassen. Ausgehend von der intensiv untersuchten Verbindung Fe2VAl haben wir die Eisen-Atome durch Ruthenium ersetzt, Vanadium durch Titan und Aluminium durch Silizium,\u201c sagt Andrej Pustogow. Das Resultat: Ru2TiSi, ein Material mit stark verbesserter thermoelektrischer Performance. Ersetzt man in Fe2VAl stattdessen alle Eisen-Atome mit Vanadium erh\u00e4lt man in V3Al einen konstanteren Widerstand als im vielzitierten Material Konstantan. Der entscheidende Fortschritt liegt dabei nicht nur in der verbesserten Leistung, sondern vor allem im Verst\u00e4ndnis der zugrundeliegenden physikalischen Mechanismen, die auch auf andere Materialien \u00fcbertragbar sind.<\/p>\n
Neue Materialklassen erobern die \u201eGarderobe\u201c<\/p>\n
Das Team um Andrej Pustogow erforscht auch abseits der halbleitenden Heusler-Verbindungen neue Wege, um die thermoelektrischen Eigenschaften von Materialien zu verbessern. Mit der Einf\u00fchrung einer neuen Materialklasse, der metallischen Thermoelektrika, f\u00fcgt das Team dem Forschungsfeld \u2013 um beim Outfit-Vergleich zu bleiben \u2013 nicht nur einen weiteren Kleiderschrank, sondern gleich eine ganze Einkaufsstra\u00dfe hinzu.
Die Vergabe eines ERC Grants unterstreicht die Relevanz des Forschungsfelds. <\/p>\n
wissenschaftliche Ansprechpartner:
Prof. Andrej Pustogow
Technische Universit\u00e4t Wien
Forschungsbereich Functional and Magnetic Materials
+43 1 58801 131 28<\/p>\n
Prof. Ernst Bauer
Technische Universit\u00e4t Wien
Forschungsbereich Functional and Magnetic Materials
+43 1 58801 131 44![\"E-Mail\"](\"https:\/\/www.europesays.com\/at\/wp-content\/uploads\/2026\/05\/2c8b141e4bf6c938b1b69b79427ac3a4.jpg\")
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Originalpublikation:
Garmroudi, F., Serhiienko, I., Parzer, M., Pustogow, A., Podloucky, R., Mori, T., & Bauer, E. (2026). Orbital-selective band engineering realizes high zT in p-type Ru2Ti1\u2212 xHfxSi full-Heusler thermoelectrics. Nature Communications, 17(1), 2878. <\/p>\n
Garmroudi, F., Parzer, M., Mori, T., Pustogow, A., & Bauer, E. (2025). Thermoelectric Transport in Ru 2 Ti Si Full-Heusler Compounds. PRX Energy, 4(1), 013010.<\/p>\n
Parzer, M., Garmroudi, F., Riss, A., Mori, T., Pustogow, A., & Bauer, E. (2025). Mapping delocalization of impurity bands across archetypal mott-Anderson transition. Physical Review Letters, 135(6), 066302.<\/p>\n
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