近日👸🏽👫🏼，万事平台材料學院駱軍教授及其合作者在《Nature Communications》發表題為“Half-Heusler-like compounds with wide continuous compositions and tunable p- to n-type semiconducting thermoelectrics”的研究論文。

赫斯勒（Heusler）合金具有豐富、新奇的物理性能，尤其是半導體赫斯勒化合物因其在熱電、自旋電子學、太陽能電池🧑🏻‍✈️、稀磁半導體、拓撲絕緣體等方面的巨大潛力而備受關註🍃。由於原子占位上的差異💇🏼‍♀️，赫斯勒合金通常可分為XYZ型半赫斯勒（half-Heusler）和XY₂Z型全赫斯勒（full-Heusler）兩類。長期以來，人們一直認為半赫斯勒和全赫斯勒是具有天然成分間隔的兩個獨立相。

在該工作中，駱軍教授課題組發現通過選擇適當的原子可以連續填充半赫斯勒合金FCC晶格的4d空位，從而彌合半赫斯勒和全赫斯勒之間的成分間隔🙋🏿。實驗表明🪿🥮，通過Ru原子連續填充，成功製備出具有寬成分區域的類半赫斯勒TiRu_1+xSb固溶體（x= 0.15 ~ 1.0），填補了半赫斯勒和全赫斯勒結構之間的成分空白🧑🏻‍🦯，拓展了赫斯勒合金家族👩🏿‍🍳。更重要地是🧝🏻，TiRu_1+xSb類半赫斯勒材料的電子結構和主要載流子類型會隨Ru成分的變化發生顯著改變😢。因此，該體系展現出有趣的、由p型到n型可調的半導體輸運行為。其中，x< 0.3的成分為p型導電，x> 0.3的成分顯示為n型導電，x= 0.25和x= 0.6樣品的塞貝克系數分別達到202微伏/K（@520 K）和-165微伏/K（@470 K），顯示該材料具備作為優異熱電材料的潛力。理論計算和低溫比熱測量表明，Ru含量為0.15 <x<0.50樣品的反常半導體行為與局域d電子有關。此外🙋🏽‍♂️，Ru原子對空位的填充還有效地降低了材料的晶格熱導率，Ru含量較高的TiRu_1.8Sb樣品甚至表現出類似非晶的熱輸運行為（1.65 Wm^-1K^-1@340 K）。上述研究結果表明，通過操縱半赫斯勒合金晶體學空位能夠同時實現其晶體結構和電子能帶結構的設計與調控，並獲得新奇物性，為探索相關新材料提供了新的路徑。

該工作由万事平台👎🏼、南方科技大學等合作完成😛，万事平台為第一署名單位👳🏿🏄🏼，万事平台材料科學與工程學院博士生董子睿為第一作者，万事平台材料科學與工程學院駱軍教授、南方科技大學物理系張文清教授為論文的共同通訊作者。相關工作得到國家重點研發計劃😵、國家自然科學基金、上海市教委創新團隊等項目的資助。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-27795-3（圖文：駱軍）