在熱電材料研究領(lǐng)域，提升能源轉(zhuǎn)換效率、實(shí)現(xiàn)熱能的高效利用是核心目標(biāo)。然而，熱電材料的性能優(yōu)化面臨著一項(xiàng)關(guān)鍵挑戰(zhàn)：如何在保持高塞貝克系數(shù)與高電導(dǎo)率的同時(shí)，顯著降低晶格熱導(dǎo)率，以減少熱能傳遞過(guò)程中的損耗。晶格熱導(dǎo)率作為熱電性能的關(guān)鍵限制因素，其物理機(jī)制的深入探索對(duì)于突破現(xiàn)有材料性能瓶頸至關(guān)重要。
近日，煙臺(tái)大學(xué)物理與電子信息學(xué)院與清華大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)攜手，在銀基黃銅礦化合物AgGaX?(X = Se, Te)的熱電性能研究中取得了突破性進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)先進(jìn)的第一性原理計(jì)算，結(jié)合自洽聲子理論、壓縮感知技術(shù)和玻爾茲曼輸運(yùn)方程，系統(tǒng)深入地研究了AgGaX?的熱電輸運(yùn)性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，AgGaX2的超低晶格熱導(dǎo)率源于三個(gè)關(guān)鍵因素：銀原子的rattling模式導(dǎo)致的強(qiáng)非諧性、聲學(xué)支與低頻光學(xué)支聲子強(qiáng)耦合引發(fā)的劇烈聲子散射，以及光學(xué)聲子對(duì)熱導(dǎo)率異常高的貢獻(xiàn)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)質(zhì)量趨勢(shì)相反，當(dāng)較輕的Se原子取代Te原子時(shí)，AgGaX2(X = Se, Te)的κL呈現(xiàn)反常下降趨勢(shì)。這種反常聲子輸運(yùn)行為歸因于A(yíng)g-Se鍵合強(qiáng)度較弱、避免交叉頻率較低，以及AgGaSe2中光學(xué)聲子的主導(dǎo)貢獻(xiàn)（超過(guò)60%）。價(jià)帶頂（VBM）附近的高能帶簡(jiǎn)并和強(qiáng)色散產(chǎn)生了高功率因子（PF），結(jié)合超低κL，使其具備優(yōu)異的熱電性能。AgGaX2化合物的研究成果，有望為廢熱回收、固態(tài)制冷等環(huán)保及能源應(yīng)用領(lǐng)域帶來(lái)革命性的突破，推動(dòng)熱電技術(shù)向更高效、更環(huán)保的方向發(fā)展。
研究成果以“Rattling-induced effects of Ag atoms and anomalous phonon transport along with thermoelectric performance in silver-based chalcopyrite AgGaX2(X = Se, Te)”為題發(fā)表在國(guó)際知名期刊《Materials Today Physics》（五年影響因子10）上。我校2024級(jí)碩士研究生欒雙雙是論文第一作者，趙銀昌和戴振宏教授是通訊作者，煙臺(tái)大學(xué)為第一單位。該工作受到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和山東省自然科學(xué)基金重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目的資助。
文章信息：
文章作者：Shuangshuang Luan（欒雙雙）, Yinchang Zhao（趙銀昌）, Jun Ni（倪軍）, and Zhenhong Dai（戴振宏）
文章題目：Rattling-induced effects of Ag atoms and anomalous phonon transport along with thermoelectric performance in silver-based chalcopyrite AgGaX2(X = Se, Te)
文章DOI：10.1016/j.mtphys.2025.101769
鏈接：https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2025.101769
來(lái)稿時(shí)間：7月7日 審核：劉俞斌 責(zé)任編輯：徐揚(yáng)
