近日，我校欧美无码 先进金属材料与非晶态物理课题组在国际期刊《Chemical Engineering Journal》（中国科学院一区TOP，影响因子13.3）上以重庆师范大学为第一单位，发表题为“Achieving high ZTave in n-type PbS via overall carrier concentration optimization and anharmonicity engineering”的研究论文，青年教师魏一青博士为第一作者，余鹏教授为通讯作者，重庆大学卢旭教授和周字桢博士为共同通讯作者。

在提升半导体热电性能的诸多手段中，掺杂策略占据着最为基础且关键的地位。传统意义上的掺杂理念，聚焦于在特定温度条件下获取最佳载流子浓度，以此实现较高的峰值热电优值zT。然而，这种做法往往难以将更具实际意义的平均热电优值ZT_ave最大化，特别是对于那些具有低有效质量且工作温区较宽的化合物而言，比如铅硫属化物，这一问题更为突出。

该研究选取地球上储量丰富且成本低廉的PbS作为研究对象，创新性地采用精细掺杂策略，并巧妙结合声子非谐性工程，成功实现了对热电性能在整个温度范围内的全面优化。通过引入微量Br作为掺杂剂，实现了近乎100%的超高掺杂效率。这一突破极大地减少了外源载流子散射现象，为载流子提供了更为顺畅的传输通道，从而确保了高载流子迁移率。此外，进一步的Se固溶有效增强了Pb原子的局部振动，进而强化了非谐声子散射效应，使得晶格热导率大幅降低。最终，在PbS₀.₆₉₆Se₀.₃Br₀.₀₀₄样品中，该工作成功实现了高达0.81的ZT_ave值（323−923 K），这一性能指标明显优于其他n型PbS基热电材料。

本研究成果深刻揭示了整体载流子浓度优化的重要性，有望为热电领域的掺杂设计开辟新的思路，激发更多独特且高效的热电性能优化方案。

论文链接：Achieving high ZTave in n-type PbS via overall carrier concentration optimization and anharmonicity engineering - ScienceDirect