Mg3Sb2-xBix外延薄膜的價(jià)帶電子結構調控及熱電性能優(yōu)化研究
Mg3Sb2-xBix外延薄膜的價(jià)帶電子結構調控及熱電性能優(yōu)化研究
?????Mg3Sb2基材料是近年來(lái)發(fā)現的一類(lèi)新型熱電材料,被認為是下一代商用室溫熱電材料的重要候選材料。然而,p型Mg3Sb2基材料的電輸運性能優(yōu)化是領(lǐng)域難題,受限于(1)低的價(jià)帶簡(jiǎn)并度與態(tài)密度有效質(zhì)量和(2)室溫附近電導率不高以及不利的離化雜質(zhì)散射。通過(guò)先進(jìn)的角分辨光電子能譜(ARPES)技術(shù)以及電子能帶結構的理論計算和實(shí)驗研究,本研究闡明了Mg3Sb2-xBix薄膜中外延應變、SOC效應和本征點(diǎn)缺陷對其價(jià)帶電子結構與電輸運的影響規律和調控新機制。結果發(fā)現,利用可控的外延應變、Bi含量調控SOC可實(shí)現價(jià)帶電子結構的顯著(zhù)調控。ARPES電子結構表征和理論計算發(fā)現,InP襯底上生長(cháng)的面內壓縮應變的Mg3Sb2薄膜以及Mg3Sb0.5Bi1.5薄膜中獲得了高簡(jiǎn)并度價(jià)帶結構,顯著(zhù)提高了價(jià)帶的態(tài)密度有效質(zhì)量,并在p型材料中獲得熱電功率因子的大幅度提升。此外,通過(guò)變溫ARPES測量及掃描隧道譜(STS)揭示n型Mg間隙的熱激發(fā)是產(chǎn)生反常電輸運、劣化室溫附近熱電功率因子的重要機制,并發(fā)現p型Mg3Sb2薄膜中存在新穎的Lifshitz電子相變。本研究豐富了Mg3Sb2基材料的電子能帶結構調控的內涵,并為p型Mg3Sb2基材料的熱電性能優(yōu)化提供了重要借鑒。
?????柳 偉,武漢理工大學(xué)材料復合新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗室研究員,長(cháng)期從事熱電材料的多尺度調控及熱電輸運優(yōu)化研究,主持和參與了多項科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計劃課題以及國家自然科學(xué)基金項目。近年來(lái),作為主要負責人完成了MBE-STM-ARPES研究平臺的建設,并基于熱電單晶薄膜以及人工異質(zhì)結和超晶格開(kāi)展了表界面效應、電子能帶結構優(yōu)化以及新穎的磁性?拓撲物性調控等方面的研究工作,發(fā)現了異質(zhì)結和超晶格有序構造以及界面作用優(yōu)化電輸運的一些調控規律和新機制。以第一作者/通訊作者在Sci. Adv.、Phys. Rev. Lett.、Natl. Sci. Rev.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.等上發(fā)表SCI論文30多篇,發(fā)表文章被引用3000余次,單篇最高他引700多次。曾獲國際熱電學(xué)會(huì )Goldsmid 獎、中國材料研究學(xué)會(huì )優(yōu)秀青年學(xué)者獎。