《基於拓撲絕緣體的複合熱電材料的輸運性質研究》是依託清華大學，由王亞愚擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於拓撲絕緣體的複合熱電材料的輸運性質研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：王亞愚
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
拓撲絕緣體是近年來凝聚態物理領域的重要進展，其出現從根本上改變了人們對固體材料電子結構的認識。有趣的是，以Bi2Se3為代表的拓撲絕緣體材料恰好是最佳的室溫熱電材料，在這一潔淨、環保的固體能源器件套用方面有著廣闊的前景。通過過去幾年的深入研究，人們在這些材料的電子結構研究、高質量樣品的生長和表征方面都達到了前所未有的高度。本項目主要是在此基礎上，對基於拓撲絕緣體的複合熱電材料的輸運性質進行系統的實驗研究。我們計畫通過對拓撲絕緣體複合材料的結構和電子態的調製而尋找具有最佳熱電優值的熱電材料。我們的研究將在拓撲絕緣體薄膜材料和體單晶材料中同時進行，計畫採取的手段包括利用表面態的拓撲保護性及其耦合、體能帶結構及其拓撲特性的調製、基於拓撲絕緣體的異質結體系、磁性雜質摻雜對能帶的改變等。我們希望揭示這些因素對拓撲絕緣體熱電性質的影響，為尋找具有更好套用前景的複合熱電材料提供有價值的線索。
結題摘要
拓撲絕緣體是近年來凝聚態物理領域的重要進展，其出現從根本上改變了人們對固體材料電子結構的認識。有趣的是，以 Bi2Se3 為代表的拓撲絕緣體材料恰好是最佳的室溫熱電材料，在這一潔淨、環保的固體能源器件套用方面有著廣闊的前景。通過過去幾年的深入研究，人們在這些材料的電子結構研究、高質量樣品的生長和表征方面都達到了前所未有的高度。理解拓撲絕緣體的熱電性質並對其進行精密調控將為尋找更好的熱電材料指明方向。在此研究項目中，我們對分子束外延生長的拓撲絕緣體異質結構的電磁和熱電輸運性質進行了系統的研究，並利用表面態的拓撲保護性及其耦合、體能帶結構及其拓撲特性的調製、基於拓撲絕緣體的異質結體系、磁性雜質摻雜對能帶的改變等對其電子結構和輸運性質進行精密調控。我們通過改變材料的能帶結構，發現體載流子和表面電子態對熱電性質共同起作用，而隨薄膜層厚的變化結果表明狄拉克型的表面電子態本身對材料熱電性質的影響是較為負面的。此外，我們發現在磁性拓撲絕緣體中，外加柵極電壓對體系的磁有序性有明顯的調製作用，而其來源有兩種截然不同的機制，一種是巡遊載流子的RKKY機制，另一種是體能帶結構拓撲相變導致的van Vleck機制。我們還研究了與熱電性質緊密相關的熱磁輸運現象-反常能斯特效應，並發現了意外的隨柵極電壓的符號反轉。結合理論計算，我們的實驗結果揭示了拓撲絕緣體的電磁和熱電輸運性質變化規律，為尋找具有更好套用前景的複合熱電材料提供有價值的線索。
