研究透视：Science-热电材料-动量/能量空间调控的多价带传输助力SnSe晶体电子制冷

北京航空航天大学材料学院赵立东教授课题组报道了协同调控动量空间和能量空间的多价带传输策略，以实现了P型SnSe晶体性能的大幅提升；并搭建了基于能带间隙约为33  kBT的SnSe晶体材料的器件，实现了温差发电和大温差的电子制冷。

通过变温同步辐射实验结合理论能带结构计算，发现了SnSe材料多个价带交互作用导致的动量空间和能量空间的价带对齐效应。动量空间的价带对齐对应于第一、第二价带的合并过程，有效提升了迁移率μ和电导率σ。能量空间的价带对齐对应于第三价带和前两个价带的简并过程，增强了有效质量m*和温差电动势S。通过固溶少量的铅（9% Pb），促进了材料的价带在动量空间和能量空间的对齐效应，最终实现了P型SnSe晶体ZT值和热电性能的显著提升。图为动量空间和能量空间的多价带调控，实现了室温附近 ZT值的大幅提升，其中热电材料的发电和制冷效率主要由材料的无量纲热电性能优值（ZT值）决定。

基于P型SnSe晶体的热电器件的 (A) 温差发电效率和（B）最大制冷温差热电转换技术是一类基于半导体材料的新能源技术。因存在基于Seebeck效应的温差生电现象而被广泛关注。但是温差发电的逆效应可实现通电制冷却被关注的较少。电子制冷对于未来通讯、芯片微型电子器件等引领前沿领域的精确温控具有战略意义。

文献链接：https://science.sciencemag.org/content/early/2021/07/07/science.abi8668DOI: 10.1126/science.abi8668

原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/W9Rqh8we-oPyQrjB4BVLOg