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【材料】GeMnTe2：多级结构特征-输运性能的构效关联

时间：2023-02-06 来源：浏览：

【材料】GeMnTe2：多级结构特征-输运性能的构效关联

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能源是现代社会运转的基础，如何高效地利用能源，与能源产业、社会运转等问题息息相关。热电转换技术可以将热能直接转换为电能，有望通过热能的回收利用提高能源转化效率。热电技术的效率取决于热电材料的性能，而材料性能则与晶体结构、微观结构、电子结构等息息相关。因此，建立结构-性能的构效关系对于理解并提升热电材料的性能至关重要。近日， 清华大学 的 李敬锋 教授、李千副教授团队， 南洋理工大学 的 颜清宇 教授团队联合美国 西北大学 的 Mercouri Kanatzidis 教授团队研究了一种 新型热电材料GeMn Te ₂ 的结构特征，并建立了结构特征与输运性能的构效关联。

在晶体结构层面，研究团队与美国橡树岭国家实验室的刘珏博士合作，通过中子PDF手段证实了在GeMn Te ₂ （高对称性岩盐结构）中存在阳离子的局域结构——偏移高对称格点~0.3埃。这种局域结构可能来源于 Ge ²⁺ 的孤对电子。

在微观结构尺度，研究团队发现了共格/半共格纳米颗粒的存在，其共格/半共格界面存在大量位错及应力集中。这种微观尺度的纳米结构与原子尺度的畸变，结合点缺陷使GeMn Te ₂ 表现出低热导率的特征。

图1. GeMn Te ₂ 的多级结构特征-输运性能的构效关系。图片来源： J. Am. Chem. Soc.

在电子结构层面，该化合物具有平坦的多能谷传输特征，使其具有较大的态密度有效质量。同时，共格/半共格界面可以有效保证载流子输运，与电子结构共同作用保证了较高的加权迁移率。

上述多级结构特征使该化合物表现出优异的热电性能。研究中建立的多级结构-输运特性的构效关系不仅加深了对GeMn Te ₂ 的理解，也为建立功能材料的构效关系提供了思路与方向。

这一成果近期发表在 Journal of the American Chemical Society 上。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Discordant Distortion in Cubic GeMn Te ₂ and High Thermoelectric Properties of GeMn Te _2-
X %SbTe

Jinfeng Dong, Yilin Jiang, Yandong Sun, Jue Liu, Jun Pei, Wei Li, Xian Yi Tan, Lei Hu, Ning Jia, Ben Xu, Qian Li, Jing-Feng Li, Qingyu Yan and Mercouri G. Kanatzidis

J. Am. Chem. Soc ., 2023 , 145 , 1988–1996, DOI: 10.1021/jacs.2c12877

作者简介

董金峰 ，2020年获得清华大学博士学位，博士指导教师为李敬锋教授。现为南洋理工大学颜清宇教授团队的博士后研究员。

李千，清华大学材料学院副教授、博士生导师。主要研究方向为铁电薄膜材料及器件、半导体辐射探测晶体、微纳尺度物性与超快结构动力学表征。

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