Die Fähigkeit verschiedener Materialien, Wärme in Elektrizität umzuwandeln, ist seit langem bekannt und geht auf P. Seebeck (1822) zurück.

Die Effizienz eines solchen Umwandlungsprozesses hängt von der so genannten Gütezahl Z ab und wird durch den Seebeck-Koeffizienten, die Wärmeleitfähigkeit und den elektrischen Widerstand eines bestimmten Materials bestimmt.

Um Materialien zu entwickeln, die eine Gütezahl in der Größenordnung von ZT > 1 versprechen, wird in unserem Forschungsteam die Klasse der Skutterudite eingehend untersucht.

Diese Gruppe von Verbindungen der Form RE TM₄ X₁₂ (RE ... seltene Erden, TM ... Übergangsmetallelemente wie Fe, Co, Rh, Ru und X ... Sb, P, ...) kristallisieren in einem kubischen Kristall und bilden einen großen Käfig, in dem das elektropositive Element untergebracht ist.

Abhängig von dem jeweiligen elektropositiven Element werden für diese Skutterudite aufregende Eigenschaften bei niedrigen Temperaturen gefunden. Dazu gehören Supraleitfähigkeit, das Verhalten schwerer Fermionen, nicht-fermi-flüssige Eigenschaften, magnetische Ordnung, der Übergang von Metall zu Isolator oder Sprungleitfähigkeit.

Die Größe des Seebeck-Koeffizienten, der sehr groß sein kann - in der Größenordnung von mehreren hundert μV/K - hängt von der tatsächlichen Ladungsträgerkonzentration ab. Durch die Substitution der verschiedenen Elemente lässt sich die Ladungsträgerzahl fein abstimmen, und es kann ein Übergang vom elektronen- zum lochdominierten Transport erfolgen.

Das locker gebundene elektropositive Element im Käfig steht in starker Wechselwirkung mit den Gitterschwingungen und kann so die Wärmeleitfähigkeit drastisch verringern.