Science盤點：7-9月材料領域重大進展

七月

1.用于不受束縛的高能微引擎的形狀記憶納米復合纖維

經典的旋轉發動機功能強大且用途廣泛，但設計復雜且難以小型化。長期以來，制造簡單，堅固的大沖程，高速，高能量微型發動機一直面臨挑戰。

法國波爾多大學的Jinkai Yuan和Philippe Poulin發現，扭轉加硬的形狀記憶納米復合纖維可在插入扭曲后轉變，以存儲并提供快速而高能量的旋轉。扭曲形狀記憶納米復合纖維結合了高扭矩和大旋轉角度，提供的重量工作能力是天然骨骼肌的60倍。可以調節觸發光纖旋轉的溫度。通過允許工作溫度的可調性和存儲能量的逐步釋放，這種溫度記憶效果比常規發動機具有更多優勢。

文獻鏈接：

Shape Memory Nanocomposite Fibers for Untethered High-Energy Microengines

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aaw3722)

2.使用C-H氫鍵籠捕獲氯離子

緊密結合和高選擇性是生物分子識別的標志。用合成受體實現這些行為通常與OH和NH氫鍵有關。與這種傳統觀點相反，印第安納大學的Liu Yun教授僅使用CH氫鍵設計了一種隱窩狀籠狀氯化物選擇性受體。晶體學分析表明，氯化物被籠子中的六個1,2,3-三唑衍生出的六個短的2.7埃短氫鍵穩定。使用液體從水到非極性二氯甲烷溶劑中的氯化物液-液萃取確定了摩爾親和力（10¹⁷M^-1）。對照驗證了三唑在增強三維結構以影響識別親和力和選擇性方面的額外作用：Cl^-> Br^-> NO₃^-> I^-。該保持架顯示出抗霍夫邁斯特鹽的析出和腐蝕抑制作用。

文獻鏈接：

Chloride Capture Using A C–H Hydrogen-Bonding Cage

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aaw3722)

3.可重構鐵磁液滴

固態鐵磁材料的形狀是剛性的，無法重構。鐵磁流體盡管可重構，但在室溫下是順磁性的，當去除施加的磁場時會失去其磁化強度。美國麻省大學的Thomas P. Russell通過在水-油界面處組裝的磁性納米粒子的單層干擾顯示了鐵磁流體液滴的可逆順磁到鐵磁轉變。這些鐵磁液滴具有有限的矯頑力和剩余磁化強度，可以很容易地重新配置成不同的形狀，同時保留具有經典的南北偶極子相互作用的固體鐵磁體的磁性能。它們的平移和旋轉運動可以通過外部磁場進行遠程精確控制，從而激發對活性物質，耗能組件和可編程液體結構的研究。

文獻鏈接：

Reconfigurable Ferromagnetic Liquid Droplets

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aaw8719)

4.二維費米超流體中的量子尺度異常和空間相干性

量子異常是由某些經典理論的量化中出現的分歧所引起的違反經典縮放對稱性的行為。盡管它們在多體系統的量子場理論描述中起著重要作用，但它們對實驗可觀察物的影響卻難以分辨。在這項研究中，德國海德堡大學的Puneet A. Murthy在超冷原子的二維（2D）費米超流體的動量-空間動力學中發現了量子異常的獨特表現。在強相互作用狀態下，測得的超流體在呼吸模式周期中的動量對動量分布表現出比例違規，發現表征系統中遠程相相關的冪律指數被量子異常所修飾，強調了對2D超流體的關鍵特性的影響。

文獻鏈接：

Quantum Scale Anomaly and Spatial Coherence in A 2D Fermi Superfluid

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aau4402)

5.拓撲分子納米碳：全苯鏈烷和三葉結

拓撲復雜的納米碳的產生可以刺激科學技術的發展。然而，傳統的連鎖分子合成途徑需要雜原子。名古屋大學的Yasutomo Segawa和Kenichiro Itami報道了鏈烯和僅由對位連接的苯環組成的分子三葉結的合成。觀察到雜環烷的特征性熒光與兩個環之間的快速能量轉移有關，并且通過對映異構體分離和圓二色譜法證實了全苯結的拓撲手性。似乎剛性的全苯結即使在-95?C時在溶液中也具有類似渦旋的快速運動，從而得到所有氫原子的平均核磁共振信號。 從理論上預測了這種有趣的結動態行為，可以激發對這些以前尚未開發的拓撲分子納米碳類的更深入的了解和應用。

文獻鏈接：

Topological Molecular Nanocarbons: All-Benzene Catenane and Trefoil Knot

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aav5021)

6.有機半導體光催化劑可以使芳烴和雜芳烴雙官能化

半導體表面上的光激發電子-空穴對可以與兩種不同的襯底發生氧化還原反應。類似于常規的電合成，主要的氧化還原中間體僅提供分開的氧化和還原產物，或更罕見地與一種加成產物結合。雷根斯堡大學的Burkhard Konig和馬普所的Markus Antonietti報道了一種穩定的有機半導體材料，介孔石墨碳氮化物（mpg-CN），可以充當可見光的光氧化還原催化劑，以協調氧化或還原界面電子轉移到兩組分或三組分系統中的兩種不同基質上，用于芳烴和雜芳烴的直接碳氫雙官能化。mpg-CN催化劑可耐受反應性自由基和強親核試劑，可通過簡單離心反應混合物直接回收，并可重復用于至少四個具有保守活性的催化轉化。

文獻鏈接：

Organic Semiconductor Photocatalyst can Bifunctionalize Arenes and Heteroarenes

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aaw3254)

7.分子電催化劑可以在流通池中快速和選擇性地還原CO₂

實際的電化學二氧化碳（CO₂）轉換需要一種能夠在高電流密度下以高選擇性介導有效形成單一產物的催化劑。固態電催化劑在電流密度≥150毫安每平方厘米（mA/cm²）時實現CO₂還原反應（CO₂RR），但是在高電流密度和效率下保持高選擇性仍然是一個挑戰。可以設計分子CO₂RR催化劑以實現高選擇性和低超電勢，但只能在與工業操作無關的電流密度下實現。英屬哥倫比亞大學的Shaoxuan Ren和Dorian Joulie廣泛使用的分子催化劑鈷酞菁可以在零間隙膜流反應器中介導CO₂到CO的形成，在150 mA/cm²時的選擇性> 95％。分子催化劑可以在這些操作條件下有效工作的啟示揭示了一種優化CO₂RR催化劑和電解槽的獨特方法。

文獻鏈接：

Molecular Electrocatalysts can Mediate Fast, Selective CO2 Reduction in a Flow Cell

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aax4608)

8.磁性節點半金屬中的奇異角磁電阻

相關電子系統的傳輸系數通常可用于繪制具有不同對稱性的隱藏相。美國麻省理工學院的J. G. Checkelsky以奇異角磁阻（SAMR）的形式報告磁性Weyl半金屬鈰鋁鍺（CeAlGe）系統中自發對稱性破壞的傳輸特征。超過每弧度1000％的角度響應被限制在高對稱軸上，其半峰全寬小于1°，并且可以通過硅的等電部分取代鍺進行調諧。從理論上解釋了SAMR現象是由于可控的高電阻疇壁的結果，這是由于強耦合到近似節點電子結構的磁點組對稱性的破壞引起的。這項研究通過晶格和位點對稱性指出了具有高角度敏感性的工程磁性材料的成分。

文獻鏈接：

Singular Angular Magnetoresistance in A Magnetic Nodal Semimetal

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aat0348)

八月

1.n型Mg₃Bi₂基材料的高熱電冷卻性能

熱電材料具有很大的珀爾帖效應，使其對固態冷卻應用具有吸引力。碲化鉍（Bi2Te3）基合金幾十年來一直是最先進的室溫材料。但是，由于需要大量昂貴的碲，成本部分限制了熱電冷卻裝置的廣泛使用。美國休斯頓大學的仁志輝和麻省理工學院的陳剛報道了基于n型鉍鎂（Mg₃Bi₂）的材料在350K溫度下的峰值品質因數（ZT）為?0.9，與商業化的碲化鉍硒（Bi₂Te_3-xSe_x）相當，但價格便宜得多。由報導的材料和p型碲化鉍銻（Bi_0.5Sb_1.5Te₃）制成的冷卻裝置在350K的熱側溫度下產生了約91K的大溫差。n型基于Mg3Bi2的材料有望用于熱電冷卻應用。

文獻鏈接：

High Thermoelectric Cooling Performance of n-Type Mg₃Bi₂-Based Materials

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aax7792)

2.通過多晶型納米域設計的超高能量密度無鉛介電膜

介電材料因其獨特的超高功率密度（超快充放電速率），高耐壓以及良好可靠性在電子器件以及電能系統中扮演著至關重要的角色。然而，介質電容器的能量存儲能力比較低，如何提高電介質的能量密度是其繼續發展中面臨的長期挑戰。隨著新型電子電學系統不斷集成化和微型化，尋求提高介質電容器的能量密度成為了介電材料領域亟待解決的問題。近日，清華大學林元華和南策文利用多相納米域設計策略設計了具有超高密度的無鉛鐵電薄膜。他們在相場模擬方法指導下，首先構筑了無鉛的BiFeO₃-BaTiO₃-SrTiO₃固溶體薄膜，發現其菱方晶系和正方晶系的納米疇可共存。該薄膜在保持較高極化的同時獲得了最小的磁滯回線，其能量密度高達112 J/cm³，能量轉化效率達約80%。

文獻鏈接：

Ultrahigh–Energy Density Lead-Free Dielectric Films via Polymorphic Nanodomain Design

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aaw8109)

3.熱力學穩定的基于β-CsPbI₃的鈣鈦礦太陽能電池，效率突破 18％

近年來，有機無機雜化鉛鹵鈣鈦礦太陽能電池效率獲得了快速提升，但其化學穩定性差、易分解嚴重阻礙其商業化應用。相比之下，全無機CsPbI₃鈣鈦礦具有優異的化學穩定性，即使耐受400度高溫也不發生分解，并且~1.7eV 帶隙的全無機CsPbI₃鈣鈦礦是和廣泛使用的~1.1eV帶隙的晶硅構建疊層太陽能電池的理想材料。但是，全無機CsPbI₃鈣鈦礦面臨結構容忍因子過小導致的體相穩定性差，鈣鈦礦材料缺陷多以及其器件能級匹配不理想引發的器件效率較低這兩大關鍵挑戰。

上海交通大學的趙一新和洛桑聯邦理工學院Grtzel、沖繩理工大學戚亞冰提出了裂紋界面工程方法。不同于之前僅能對鈣鈦礦上表面進行鈍化修飾的常規界面工程，裂紋填充界面工程在對β-CsPbI₃上表面進行處理的同時，還可利用初始β-CsPbI₃薄膜中存在的孔洞、缺陷等進行填充，通過這些微通道使碘化膽堿均勻分布于β-CsPbI₃上下表層和內部，可以實現鈣鈦礦全方位的修飾改性。這些全方位分布的碘化膽堿不但全面鈍化了β-CsPbI₃層缺陷，而且優化了β-CsPbI₃與電荷傳輸層之間的能級匹配，從而大幅度改善了器件的光伏性能。最終，基于缺陷修復和能級優化后的β-CsPbI₃全無機鈣鈦礦電池獲得了>18%光電轉換效率，經中國計量院第三方認證的最高效率18.3%，是當前無機鈣鈦礦太陽能電池的最高值。這些研究成果對無機鈣鈦礦太陽能電池和其他鈣鈦礦材料光電應用具有重要指導意義。

文獻鏈接：

Thermodynamically Stabilized β-CsPbI₃–Based Perovskite Solar Cells with Efficiencies >18%

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aav8680)

4.黑色應變CsPbI₃薄膜的熱不平衡

高溫全無機CsPbI₃鈣鈦礦黑相在室溫下相對于其黃色非鈣鈦礦相是亞穩態的。因為只有黑相具有光學活性，所以這代表了在光電器件中使用CsPbI₃的不變。比利時魯汶大學的Julian A. Steele和Johan Hofkens報告了使用襯底夾持和雙軸應變使黑相CsPbI₃薄膜在室溫下穩定。 作者使用基于同步加速器的掠入射，廣角X射線散射來追蹤在330°C退火后冷卻的黑色CsPbI₃薄膜中晶體畸變的引入和應變驅動的紋理形成。應變界面使黑色CsPbI₃薄膜的熱穩定性得到了極大的改善，這種響應已從頭算熱力學模型得到了驗證。

文獻鏈接：

Thermal Unequilibrium of Strained Black CsPbI₃ Thin Films

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aav8680)

5.接近鐵磁的自旋三重態超導

自旋三重態超導體潛在地承載著量子信息處理感興趣的拓撲激發。馬里蘭大學的Sheng Ran和Nicholas P. Butch報道了UTe₂中自旋三重態超導的發現，其轉變溫度為1.6K，并且具有很大的各向異性上臨界場，超過40特斯拉。這種超導相穩定性表明，UTe₂與鐵磁超導體（如UGe2，URhGe和UCoGe）有關。然而，缺乏磁序和對量子臨界標度的觀察將UTe₂置于該鐵磁超導體系列的順磁端。巨大的無鍵費米固有零溫度儲集層表示超常規配對的高度非常規類型。

文獻鏈接：

Nearly Ferromagnetic Spin-Triplet Superconductivity

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aav8645)

6.軟鈣鈦礦半導體的穩定異質結構

鈣鈦礦太陽能電池作為一種新型光伏技術，具有成本低、效率高的特點，目前世界最高光電轉化效率紀錄已達到25%。作為一種半導體異質結結構光電器件，鈣鈦礦太陽能電池通過鈣鈦礦光吸收層、電荷傳輸層等半導體材料組成的異質結結構來有效分離和提取光生電荷，實現由光能到電能的轉換。但是，鈣鈦礦電池異質結結構并不穩固，一旦異質結結構被破壞，電池性能就會顯著降低。上海交通大學韓禮元教授團隊設計制備了具有穩固結構的鈣鈦礦異質結結構。該結構主要包含一層表面富鉛鈣鈦礦半導體薄膜，并在薄膜表面沉積氯化氧化石墨烯薄膜，通過形成氯-鉛鍵、氧-鉛鍵將兩層薄膜結合在一起。光學、電學等表征實驗結果表明，該異質結結構穩定，可以有效減少鈣鈦礦半導體薄膜的分解和缺陷的產生，同時也減少了逃逸離子對電荷傳輸層功能性的破壞。具有該異質結結構的鈣鈦礦太陽能電池，在一個標準太陽光光強和60 ^oC條件下連續工作1000小時的后，仍然保有初始效率的90%，而且電池的穩態輸出效率通過了國際公認電池評測機構-日本產業技術綜合研究所（AIST）光伏技術研究中心的認證。

文獻鏈接：

Stabilizing Heterostructures of Soft Perovskite Semiconductors

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aax8018)

7.陶瓷超快激光焊接

陶瓷的焊接是現代制造業中缺少的關鍵要素。當前的方法無法將陶瓷連接到對溫度敏感的材料（例如聚合物和電子元件）。美國加州大學圣地亞哥分校的J. E. Garay引入了一種超快脈沖激光焊接方法，該方法依賴于將光聚焦在界面上，以確保陶瓷中的光學相互作用體積來刺激非線性吸收過程，從而引起局部熔化而不是燒蝕。關鍵是線性和非線性光學特性與激光能量-材料耦合之間的相互作用。焊接的陶瓷組件保持高真空，并具有可與金屬-陶瓷擴散鍵媲美的剪切強度。激光焊接可以使陶瓷成為苛刻環境中的設備以及需要可見光射頻透明性的光電和/或電子封裝中不可或缺的組件。

文獻鏈接：

Ultrafast Laser Welding of Ceramics

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aaw6699)

8.氧化還原中性有機催化光延反應

醇的親核取代反應是有機化學中最基本和具有戰略意義的轉變之一。半個多世紀以來，這些反應已經通過使用化學計量的，通常是危險的試劑來活化原本未反應的醇而實現。諾丁漢大學的Ross M. Denton證明了經過特殊設計的氧化膦可在氧化還原中性催化歧管中促進伯醇和仲醇的親核取代反應，從而產生水作為唯一的副產物。催化偶聯過程的范圍包括允許碳-氧鍵和碳-氮鍵立體定向構建的酸性原核親核體。

文獻鏈接：

Redox-Neutral Organocatalytic Mitsunobu Reactions

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aax3353)

9.Skyrmion晶格在三角形晶格磁體中具有巨大的拓撲霍爾效應

幾何上受挫的磁體可能具有復雜的自旋紋理，從而導致非常規的電磁響應。磁性挫折也可能促進拓撲上不重要的自旋狀態，例如磁性天文離子。然而，從實驗上看，在非中心對稱的晶格結構或破壞界面對稱性的異質結構中已大量觀察到了天窗離子。日本RIKEN緊急物質科學中心(CEMS)的Takashi Kurumaji報告了在受挫的中心對稱三角晶格磁體Gd₂PdSi₃中出現了Bloch型skyrmion狀態。作者觀察到巨大的拓撲霍爾響應，表明存在場誘導的天膠離子相，通過共振X射線散射探測的面內自旋調制的觀察進一步證實了這一點。這個研究結果可能會導致在磁阻中心對稱材料中出現新的電動力學發現。

文獻鏈接：

Skyrmion Lattice with A Giant Topological Hall Effect in A Frustrated Triangular-Lattice Magnet

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aau0968)

10.雜化分子碳同素異形體——環[18]碳

由兩個配位原子的環構成的碳同素異形體被稱為環[n]碳，多年來一直吸引著化學家，但直到現在，由于它們的高反應性，它們仍無法分離或在結構上進行表征。IBM實驗室的Katharina Kaiser和牛津大學的Lorel M. Scriven通過在5開爾文處通過從環氧化碳分子C₂₄O₆中消除一氧化碳，在Cu（111）上的雙層NaCl上使用原子操作生成了環[18]碳（C18）。通過高分辨率原子力顯微鏡對環[18]碳進行表征，揭示了具有確定位置的交替三鍵和單鍵的多聯結構。環碳和環氧化物的高反應性允許通過原子操作誘導分子之間的共價偶聯，從而為環碳分子的聚結合成其他碳同素異形體和富碳材料開辟了道路。

文獻鏈接：

An sp-Hybridized Molecular Carbon Allotrope, cyclo[18]carbon

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aay1914)

11.相變異質結構可實現超低噪聲和漂移，以實現存儲操作

相變隨機存儲器是最成熟的新型非易失性存儲器技術，2015-2018年間已實現商業化。近年來基于先進的PCRAM技術研發神經元計算器件已成為業界研發焦點。然而商用PCRAM器件在反復可逆相變操作過程中，Ge2Sb2Te5（GST）材料組分逐步偏析乃至出現較大孔洞，其非晶相具有本征的電阻值隨時間顯著漂移特性，且在結晶化時亦存在較大的隨機性，致使多數據態存儲操作時各態電阻值波動較大，導致高密度存儲陣列的單元間與單元內反復多次操作一致性、協同性低下，造成神經元計算時噪聲頗高，嚴重制約了高精度、高效率神經元計算器件的開發。

深圳大學的饒峰、約翰霍普金斯的馬恩與西安交通大學的張偉通力合作，提出了一種新式的相變異質結(Phase-change heterostructure，PCH)設計，由多個交替堆疊的相變層與限制層構成，并通過原位加熱且低速生長的多層薄膜磁控濺射沉積技術實現了高質量PCH薄膜的制備。該PCH可有效抑制玻璃態相變材料結構弛豫以及反復可逆相變過程中的組分偏析，將PCRAM器件數據態的阻值波動和漂移降低到前所未有的水平。

文獻鏈接：

Phase Change Heterostructure Enables Ultralow Noise and Drift for Memory Operation

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aay0291)

九月

1.納米線光譜儀

光譜儀可以檢測光譜中不同譜線強度，比如可以測出陽光的七彩色中每種顏色光的亮度。通過對光譜的測量，可以幫助人們獲知大到幾百萬光年外的星系活動，小到納米尺度的分子結構。目前大部分光譜儀的工作原理仍和牛頓的實驗相似，需要用到棱鏡或光柵之類的分光元件，這種光譜儀體積龐大已無法滿足日益發展的光譜應用技術的需求。但是減小分光和探測元件的尺寸將導致光譜儀的光譜分辨率、靈敏度及動態檢測范圍顯著下降，因此光譜儀的微型化是目前科技界面臨的重大技術挑戰。

英國劍橋大學的Tawfique Hasan教授團隊成功克服了這個技術難題，開發出了尺寸僅幾十微米的光譜儀。其大小僅為市面上最小光譜儀的千分之一，是世界最小的光譜儀。他們用一種帶隙漸變的特殊納米線替代了傳統光譜儀中的分光和探測元件，采用和制作電腦芯片類似的工藝在這種納米線上加工出了光探測器陣列，巧妙地利用各個探測器對不同顏色光具有不同響應的特性，通過逆問題的求解，從響應函數方程組中重構出所需要測量的光譜信息。

文獻鏈接：

Single-Nanowire Spectrometers

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aax8814)

2.石墨烯納米結構原子級精準可控折疊

探索新的低維碳納米材料及其新穎性能一直是科學技術領域的前沿科學問題之一，二維石墨烯晶格結構被認為是另一個母體。許多碳納米結構的材料。理論預測表明，在原子尺度上，通過彎曲石墨烯，可以構建具有新穎電子特性的納米結構，但是可以在單個原子尺度下精確地折疊石墨烯，特別是根據特殊需要在特定方向上對石墨烯進行折疊。折疊極具挑戰性。

中科院的高紅軍院士等人首次實現了石墨烯納米結構的原子級精確可控折疊，并構建了一種新型的準三維石墨烯納米結構。它由兩層石墨烯納米結構和一維碳樣碳納米管結構的二維旋轉堆疊組成。研究團隊通過掃描探針操作技術實現了五項突破：一項是石墨烯納米結構的原子級精確折疊和展開;另一種是在任何方向上重復折疊相同的石墨烯結構;旋轉疊層的雙層石墨烯納米結構，具有精確可調的堆疊角度;第四是構建準一維碳納米管納米結構;第五是雙晶石墨烯納米結構的可控折疊和異質結的構造。

文獻鏈接：

Atomically Precise, Custom-Design Origami Graphene Nanostructures

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aax7864)

3.與銅催化胺化有關的銅負載三重氮腈配合物的合成

末端銅-類固醇類絡合物激發了人們對其基本鍵合結構及其在催化氮轉移反應中的假定中間體的興趣。

在這個工作中，美國哈佛大學Theodore A. Betley和康奈爾大學的Kyle M. Lancaster報道芳基疊氮化物與帶有位阻二吡啶配體的銅（I）二氮配合物反應，生成末端銅氮烯配合物，該配合物具有近乎線性的，短的銅-類硝烯鍵。X射線吸收光譜法和量子化學計算顯示，與銅（II）或銅（III）相反，與銅（I）結合的主要是三重態亞硝基加合物，表明不存在銅-氮多重鍵合特征。使用缺電子的芳基疊氮化物可使銅氮雜物種能夠勝任烷烴胺化和烯烴疊氮化，從而進一步證明了該氮雜物種在擬議的腈轉移機制中的存在。

文獻鏈接：

Synthesis of A Copper-Supported Triplet Nitrene Complex Pertinent to Copper-Catalyzed Amination

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aax4423)

4.低成本SnS_0.91Se_0.09晶體中的高熱電性能

利用熱電技術可以實現熱能和電能之間的可逆轉換，為通過收集廢熱發電或固態冷卻進行制冷提供了一條環境友好的途徑。其中，熱電技術的轉換效率主要由熱電材料的性質所決定。然而，目前許多高性能的熱電材料是由昂貴或有毒的材料制成的。因此，開發出高性能且低成本的熱電材料將非常有助于推廣熱電技術的應用領域。

北京航空航天大學的趙立東教授團隊報道了一種低成本、高性能的三組分熱電材料—SnS_0.91Se_0.09。通過研究空穴摻雜的硫化錫（SnS）晶體中三個獨立能帶在不同溫度下的相互作用，得出了三個能帶對溫度的依賴性規律。并且利用該規律，作者同時實現了有效質量（m*）和載流子遷移率（μ）之間的協同優化，并且通過摻雜硒（Se）使熱電性能進一步增強。研究發現，該熱電材料在300 K時功率因子由30 Mw cm^-1?K^-2（SnS）提高到53 mW cm^-1?K^-2（SnS_0.91Se_0.09），同時向SnS中摻雜Se導致材料的熱導率下降。在SnS_0.91Se_0.09晶體中，在873 K時獲得最高的品質因數（ZTmax）為1.6，在300-873 K時獲得平均ZT（ZTave）為1.25。該工作不僅為優化熱電性能提供了新途徑，而且使以高性能SnS晶體為代表的熱電材料向低成本且含量豐富的環保熱電邁出重要一步。

文獻鏈接：

High thermoelectric performance in low-cost SnS0.91Se0.09crystals

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aax5123)