浙大“国家杰青”团队，最新Science!

3月14日， 浙江大学朱铁军教授，黄玉辉副教授和付晨光研究员 在 Science 发表题为 “Piezoelectricity in half-Heusler narrow-bandgap semiconductors” 研究论文， 团队首次观察到TiNiSn、ZrNiSn、TiCoSb三种半赫斯勒窄禁带半导体材料的压电效应，制备了基于TiCoSb-[111]切型晶片的原型压电器件 ， 该器件在不同外加应力条件下均展现出稳定的电压响应并实现了为电容器充电的应用演示。此外，半赫斯勒材料的压电响应在室温至1173K范围内保持稳定。这些结果 表明半赫斯勒窄带半导体材料在压电领域具有潜在应用前景。

浙江大学为论文的第一通讯单位 ， 浙江大学材料科学与工程学院朱铁军教授、付晨光研究员和黄玉辉副教授 为论文的 共同通讯作者 ， 博士后黄奕 为该论文的 第一作者 ， 博士研究生吕福和韩屾 为 共同第一作者 ，该工作的合作者有西安交通大学李飞教授和南京大学吴迪教授 。

值得一提的是， 这也是朱铁军教授课题组继2月7日在《Nature Materials》上发表研究后的又一重大突破 。

压电换能技术可实现机械能与电能之间的直接转换，广泛应用于传感、声学、成像、驱动和能量采集等领域。以往压电材料的研究主要集中于具有宽禁带（Eg> 2.0 eV）和低电导率的陶瓷或单晶材料中。与之相对，窄禁带（Eg＜ 1.0 eV）半导体材料通常具有较高电导率，这不利于有效电荷积累形成稳定电压响应。因此，窄禁带半导体材料的压电效应鲜有实验研究。

半赫斯勒（half-Heusler）材料是一个家族成员众多、电子结构丰富的材料体系，在热电、磁性、拓扑绝缘体、自旋电子、超导、催化等领域受到了广泛关注。2012年，美国科学院院士David Vanderbilt与同事通过第一性原理计算预言半赫斯勒窄带半导体材料具有压电潜力，并提出通过生长高质量单晶有望从实验上测出该体系的压电系数[Phys. Rev. Lett. 109, 037602 (2012)]。过去十余年，陆续有理论计算工作发表，支持Vanderbilt等人有关半赫斯勒体系压电效应的预测。然而，由于其窄禁带特性以及本征缺陷存在，半赫斯勒材料的室温电导率可达103~105S/m，比传统压电陶瓷高出十余个数量级，这使得直接观测其压电响应面临着重要实验挑战。此外，以往半赫斯勒体系的研究通常聚焦多晶材料开展，高质量单晶生长研究较少。 迄今为止，国际上尚无半赫斯勒窄带半导体材料压电效应的实验报道。

浙江大学朱铁军教授团队在半赫斯勒材料热电效应研究方面有着近二十年的经验积累。近年来，团队在半赫斯材料的高质量单晶生长也不断取得突破，这为开展半赫斯勒材料压电效应研究奠定了良好的基础。