威廉希尔质料基因组工程研究院杨炯教授团队和武汉大学刘惠军教授团队等连系第一性原理高通量盘算和玻尔兹曼输运理论等指出了一个恒久被忽视的要领，，，，，，即通过使用电子群速率来提升系统的泽贝克系数。。杨炯教授与武汉大学刘惠军教授为配合通讯作者，，，，，，该研究效果于北京时间2023年11月23日以"Enhancing the electrical transport properties of two-dimensional semiconductors through interlayer interactions"为题揭晓在国际著名期刊《Energy & Environmental Science》（最新影响因子：32.5）上在线揭晓(Energy & Environmental Science，，，，，，https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2023/ee/d3ee03454b)。。
在求解电输运系数的玻尔兹曼输运方程中，，，，，，对电导率和泽贝克系数起决议性作用的是输运谱函数（TD=DOS?〖v_k〗^2?τ_k）,它包括了电子态密度、群速率和弛豫时间。。近二十年来险些所有的热电质料电输运性子调控都集中在电子态密度与驰豫时间，，，，，，即能带与散射调控战略。。然而群速率关于泽贝克系数的提升作用是一个恒久被忽视的因素。。究其缘故原由主要是古板的电输运理论中运用了简化的能带形式举行上层的公式推导，，，，，，造成了对群速率恒久的忽视。。在本事情中，，，，，，连系质料设计的理念，，，，，，通过二维质料的层间相互作用来增添群速率，，，，，，可以实现提升泽贝克系数的目的（图1）。。该事情基于MatHub-2d数据库中的单层二维质料构建了204个双层系统，，，，，，并对其电子结构和电输运性子举行了高通量筛选。。研究发明层间相互作用普遍导致能带爆发转变。。在129个各向同性系统中，，，，，，有34个双层系统比响应的单层系统体现出更高的功率因子（图2）。。主要的是，，，，，，As2I6、Sb2I6和 MoSe2双层系统中泽贝克系数的提高可归因于电子群速率的增添，，，，，，这与急剧的电子态密度有利于热电性能的范式差别。。别的，，，，，，还可以同时增强电导率，，，，，，这在一定水平上解耦了泽贝克系数和电导率。。
图1 通过层间相互作用增添电子群速率，，，，，，实现泽贝克系数和电导率同时提升的示意图。。
图2 双层高通量筛选流程图，，，，，，及166个半导体双层能带富厚转变的示意图。。
为了更好地明确双层中较大的群速率可以提升泽贝克系数的缘故原由，，，，，，该事情以As2I6系统为例进一步剖析。。如图3所示，，，，，，与CBM位于Γ（Nv=1）点的单层相比，，，，，，As2I6双层的CBM在Γ-K偏向上，，，，，，具有较大的谷简并度（Nv=6）。。并且，，，，，，双层的能带在Γ点处有一个与CBM能量很靠近的第二导带底。。以上能带特点使得As2I6双层在群速率增添的同时坚持DOS险些稳固，，，，，，导致输运谱函数的增添，，，，，，从而实现泽贝克系数和电导率的同时提升（图4）。。通过COHPs和波函数剖析发明，，，，，，形成双层结构，，，，，，层间相互作用对电子能带结构和群速率的增添有主要性影响。。
图3 As2I6双层的晶体结构，，，，，，及As2I6双层和单层的电子能带结构。。
图4 As2I6双层及其单层在300K时，，，，，，电输运系数随载流子浓度的转变关系。。
在本次Energy & Environmental Science的事情中，，，，，，武汉大学、威廉希尔等高校之间的相助，，，，，，不但说明晰层间相互作用调理能带结构的作用，，，，，，还强调了群速率关于同时增强泽贝克系数和电导率至关主要，，，，，，为提升质料的热电性能提供了新的视角。。武汉大学物理科学与手艺学院博士研究生唐庆航（威廉希尔质料基因组工程研究院联合作育）为第一作者。。威廉希尔质料基因组工程研究院杨炯教授、武汉大学物理科学与手艺学院刘惠军教授为论文配合通讯作者。。该事情获得了国家自然科学基金委、浙江省之江实验室的相助支持。。
