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“帕克AFM奖学金”获奖者王震在Nature Communications揭示新型热电材料SnSe的多谷能带输运和物性的缺陷调控

发布时间: 2019-12-18 13:02 来源:Park帕克原子力显微镜

“2018帕克AFM奖学金”获奖者—浙江大学物理专业的王震博士,物理学系以王震为主要研究员的课题组通过使用Park NX10得到的相关研究成果写成论文“Defectscontrolled hole doping and multivalley transport in SnSe single crystals”发表于<<Nature Communications>> [9,47 (2018)]。在论文中他揭示了新型热电材料SnSe的多谷能带输运和物性的缺陷调控。

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From: Defects controlled hole doping and multivalley transport in SnSe single crystals

热电材料可以利用赛贝克(Seebeck)效应收集废热发电,以及利用帕尔帖(Peltier)效应实现高效率的电能制冷,是一种潜在的绿色能源材料。当前热电材料应用的主要瓶颈是其品质因子(thermoelectric figureofmerit)ZT很难突破1。最近的研究发现,硒化锡(SnSe)单晶在923K时ZT达到了创纪录的2.6。锡和硒元素在地球上含量丰富,其化合物的合成非常简便,因而SnSe被预期有非常广阔的应用前景。然而,SnSe单晶的空穴自掺杂和高ZT的来源至今没有定论。

而帕克公司的Park NX-10因为其领先的精确性、人性化的操作性、适用领域广泛而被浙江大学物理学系的王震博士等研究员用来进行专业研究。王震所在的课题组和上海微系统所沈大伟研究员团队合作,利用极低温量子输运测量和超高分辨角分辨光电子能谱两种互补技术首次揭示了SnSe的多谷能带输运,并成功利用“缺陷工程”实现了对该材料电子结构和热电性能的有效调控,为进一步利用能带工程合成和改进高效能热电材料提供了必要依据。


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该研究发现SnSe热电输运由其独特的“多谷峰型(multivalley)”能带与类似石墨烯的线性色散(如图1)所决定。前者可以极大增强材料的赛贝克(Seeback)系数,后者会导致材料中的电子有效质量减小进而有效增强材料的电导率,而两者的共同作用使得SnSe材料的热电ZT得到了极大增强。在此基础上,该研究提出了可以从微观机理角度理解与寻找高热电ZT材料的“布丁(pudding-mould)”模型,这也是人们首次可以从电子结构的角度理解SnSe中非同寻常的热电物性。研究还通过人为引入可控的SnSe2杂相态和点位错,实现了在保持SnSe原有基本物性基础上对其空穴载流子浓度的有效调控,为将来利用“缺陷工程(defect engineering)”这一成熟有效手段合成和改进高效能热电材料开辟了新的理论方向和技术基础。 

这次科学的突破振奋了所有不断研究和创新的研究人员。“孜孜不倦”“与时俱进”的科研精神也正是帕克原子力显微镜公司的企业精神。由帕克原子力显微镜公司赞助,帕克原子力显微镜于2018年推出“帕克AFM奖学金”计划,而王震成为了“2018帕克AFM奖学金”获奖者。希望此次计划可以为更多的年轻科学家提供崭露头角的机会,并在纳米科学领域研究中注入新鲜的血液!帕克原子力显微镜公司用它日益革新的产品在在国际的舞台上显示了自己举重若轻的重要地位。 


标签:原子力显微镜, 原子力,扫描探针显微镜, 二维材料
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