物科院赵云山教授在《Advanced Functional Materials》发表研究论文

物科院赵云山教授在低维材料热电输运领域取得重要进展。热电材料通过将环境中废热直接转为有效可利用的电能，为当前能源危机提供了一种可持续、绿色便捷的能源补给途径，如何提高热电材料热电特性成为学者不断讨论和研究的话题。二维半导体材料作为后硅半导体时代重要部分，其具有较高载流子迁移率和较大的有效电子质量，其在热电领域中应用近年来也引起了广泛关注。在该工作中，研究人员报道了“能带工程”可以显著提高新型二维半导体材料PdSe2的热电特性，其功率因子可高达1.5 mWm-1K-2。通过退火处理可以降低接触电阻，同时能够有效去除杂质缺陷和有机物残余。研究人员把热电器件在480K环境中退火4个小时，发现PdSe2导电性提高了将近10倍，同时电子载流子迁移率达到210 cm2V-1S-1，最终热电因子提高了将近3倍。通过对比不同厚度的PdSe2样品热电特性，研究人员发现，越薄的PdSe2呈现出更好的导电和热电特性。第一性模拟计算证实，随着厚度降低，导带中有额外的能带出现，两个能级发生了简并，从而提供更多电子态密度和创造更多电子通道。考虑PdSe2晶格低对称性导致的较低热导率，研究人员预测室温下其ZT可达0.1，优越于目前报道的其他二维半导体材料。此研究证实，热退火处理和“维度工程”能显著提高材料的新型二维半导体PdSe2热电特性，从而为当前不断涌现的二维半导体材料在低维热电领域提供了新思路。该工作对于探索低维材料应用于物联网自供电领域具有深远意义。