【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實驗室沈大偉研究員團(tuán)隊和浙江大學(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測量兩種互補技術(shù)實現(xiàn)了對目前保持著熱電優(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”實現(xiàn)了對該材料電子結(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)。前者可以極大增強材料的賽貝克(Seeback)系數(shù)，后者會導(dǎo)致材料中的電子有效質(zhì)量減小進(jìn)而有效增強材料的電導(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。在此基礎(chǔ)上，該研究提出了可以從微觀機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)和點位錯，實現(xiàn)了在保持原有基本物性基礎(chǔ)上的對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?，中科院超?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(項目批準(zhǔn)號：11227902)等項目的支持。
(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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