上海微系統(tǒng)所在熱電材料電子結(jié)構(gòu)研究中取得進(jìn)展
近日,中國(guó)科學(xué)院超導(dǎo)電子學(xué)卓越創(chuàng)新中心、上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所信息功能材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員沈大偉團(tuán)隊(duì)和浙江大學(xué)物理系研究員鄭毅課題組合作,利用超高分辨角分辨光電子能譜和極低溫量子輸運(yùn)測(cè)量?jī)煞N互補(bǔ)技術(shù),首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)目前保持著熱電優(yōu)值最高紀(jì)錄的熱電材料SnSe的精細(xì)電子結(jié)構(gòu)表征,并成功利用“缺陷工程”實(shí)現(xiàn)了對(duì)該材料電子結(jié)構(gòu)和熱電性能的有效調(diào)控,為進(jìn)一步利用能帶工程合成和改進(jìn)高效能熱電材料提供了必要依據(jù)。 該研究發(fā)現(xiàn),SnSe的低能電子結(jié)構(gòu)兼具獨(dú)特的“多谷峰型 (multivalley)”能帶與類似石墨烯的線性色散。前者可以極大增強(qiáng)材料的賽貝克(Seeback)系數(shù),后者會(huì)導(dǎo)致材料中的電子有效質(zhì)量減小進(jìn)而有效增強(qiáng)材料的電導(dǎo)率,而兩者的共同作用使得SnSe材料的熱電優(yōu)值得到了極大增強(qiáng)。在此基礎(chǔ)上,該研究提出了可以從微觀機(jī)理角度理解與尋找高熱電優(yōu)值材料的“布丁模型(pudding-mould)”,這是人首次從電子結(jié)構(gòu)的角度理解SnSe中熱電物性。此外,研究通過人為引入可控的SnSe2雜質(zhì)態(tài)和點(diǎn)位錯(cuò),實(shí)現(xiàn)了在保持原有基本物性基礎(chǔ)上的對(duì)SnSe材料中載流子濃度的有效調(diào)控,為將來(lái)利用“缺陷工程 (defect engineering)”合成和改進(jìn)高效能熱電材料開辟了新的理論方向和技術(shù)基礎(chǔ)。 |