【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】中科院超導(dǎo)電子學(xué)創(chuàng)新中心、上海微系統(tǒng)所信息功能材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室沈大偉研究員團(tuán)隊(duì)和浙江大學(xué)物理系鄭毅研究員課題組合作，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)量兩種互補(bǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)目前保持著熱電優(yōu)值高紀(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)能熱電材料提供了必要依據(jù)。相關(guān)論文“Defects controlled hole doping and multivalley transport in SnSe single crystals”發(fā)表于《Nature Communications》[9, 47 (2018)]。
利用高分辨角分辨光電子能譜測(cè)量得到的SnSe單晶低能電子結(jié)構(gòu)：多谷峰型能帶與類似石墨烯的線性色散；以及在此基礎(chǔ)上提出的可以從微觀機(jī)理角度理解與尋找高熱電優(yōu)值材料的“布丁(pudding-mould)”模型。
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(圖1所示)。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(pudding-mould)”模型，這也是人們可以從電子結(jié)構(gòu)的角度理解SnSe中非同尋常的熱電物性。此外，研究還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，為將來利用“缺陷工程 (defect engineering)”這一成熟有效手段合成和改進(jìn)能熱電材料開辟了新的理論方向和技術(shù)基礎(chǔ)。
浙江大學(xué)物理系王震和中科院上海微系統(tǒng)所博士研究生樊聰聰?shù)热藶檎撐墓餐髡撸锌圃撼瑢?dǎo)電子學(xué)創(chuàng)新中心沈大偉研究員與浙江大學(xué)物理系鄭毅研究員為論文的共同通訊作者。該工作獲得了基金委國家重大儀器專項(xiàng)(項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)：11227902)等項(xiàng)目的支持。
(原標(biāo)題：上海微系統(tǒng)所在熱電材料電子結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展)
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