浙大朱铁军AS：打开金属半赫斯勒合金带隙，助力新型热电材料开发

创新点： 提出通过引入d-d轨道相互作用打开金属半赫斯勒合金带隙的有效策略，开发了多种新型的半赫斯勒半导体材料，并在同一基体中实现了N型与P型热电性能的优化。

关键词： 半赫斯勒合金，热电材料，能带工程，轨道相互作用

半导体材料是当代人类文明社会中十分重要且不可缺少的材料，广泛应用于我们的日常生活，比如身边的所有电子产品、耳熟能详的太阳能电池、热电半导体制冷冰箱等。热电材料可以实现热电之间的相互转换，它具有尺寸小，全固态、无噪声等突出优势，除全固态制冷外，热电材料也为现今物联网、5G通信和柔性电子中的自供电和精确温度控制提供了有效且可靠的解决方案。性能优异的热电材料往往是半导体材料，因此，开发新型半导体热电材料具有十分重要的科学意义与应用价值。

半赫斯勒化合物半导体材料因具有优异的热电性能、良好的机械性能与热稳定性，被认为是最具应用前景的高温热电材料之一。半赫斯勒体系中还有许多材料表现出没有带隙的金属行为，它们的热电性能往往较差，缺乏热电应用潜力。若能通过一定方式打开金属半赫斯勒材料的带隙，则有望开发更多潜在的高性能热电材料，甚至有助于发现其他潜在的高性能光电、拓扑等功能材料。

浙江大学材料学院 朱铁军 教授课题组基于对半赫斯勒半导体带隙形成物理机制的深入分析，提出通过引入d-d轨道作用打开金属半赫斯勒材料带隙的策略。 通过选取金属性MgNiSb半赫斯勒材料为研究对象，在理论计算与实验上证实了在MgNiSb中添加不同过渡金属（比如Ti，Zr，Hf，V等）对打开其带隙的有效性。进一步地，以Ti固溶的Mg1-xTixNiSb半赫斯勒材料为研究对象，发现其带隙宽度可以通过调控d-d轨道相互作用强度来调节，同时也可改变材料的载流子类型和浓度。合理调控Mg1-xTixNiSb中Ti的含量，可以使得该材料体系的N型和P型性能均得到优化，其热电性能远远高于金属性MgNiSb半赫斯勒材料。该带隙打开策略同样适用于其它金属半赫斯勒材料，对设计开发更多潜在的高性能新型热电、光电、拓扑材料等具有重要意义。

该研究工作得到了美国西北大学G. Jeffery Snyder教授课题组与安徽大学葛炳辉教授课题组的支持与帮助，同时也得到了国家自然科学基金委项目（92163203, 52101275, 51725102）、浙江省自然科学基金委项目（LD22E020005）等项目的资助。