利用高分辨角分辨光電子能譜測量得到的SnSe單晶低能電子結構: 多穀峰型能帶與類似石墨烯的線性色散, 以及在此基礎上提出的可以從微觀機理角度理解與尋找高熱電優值材料的 '布丁' 模型
近日, 中國科學院超導電子學卓越創新中心, 上海微系統與資訊技術研究所資訊功能材料國家重點實驗室研究員沈大偉團隊和浙江大學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測量兩種互補技術, 首次實現了對目前保持著熱電優值最高紀錄的熱電材料SnSe的精細電子結構表徵, 並成功利用 '缺陷工程' 實現了對該材料電子結構和熱電性能的有效調控, 為進一步利用能帶工程合成和改進高效能熱電材料提供了必要依據.
該研究發現, SnSe的低能電子結構兼具獨特的 '多穀峰型 (multivalley)' 能帶與類似石墨烯的線性色散. 前者可以極大增強材料的賽貝克(Seeback)係數, 後者會導致材料中的電子有效質量減小進而有效增強材料的電導率, 而兩者的共同作用使得SnSe材料的熱電優值得到了極大增強. 在此基礎上, 該研究提出了可以從微觀機理角度理解與尋找高熱電優值材料的 '布丁模型(pudding-mould)' , 這是人首次從電子結構的角度理解SnSe中熱電物性. 此外, 研究通過人為引入可控的SnSe2雜質態和點位錯, 實現了在保持原有基本物性基礎上的對SnSe材料中載流子濃度的有效調控, 為將來利用 '缺陷工程 (defect engineering)' 合成和改進高效能熱電材料開闢了新的理論方向和技術基礎.
相關研究成果發表在《自然-通訊》上, 浙江大學物理系王震, 上海微系統所博士研究生樊聰聰為論文共同第一作者, 沈大偉, 鄭毅為共同通訊作者. 該研究得到了國家重大科研儀器研製項目等的資助.
