近日，我校物理系何佳清教授课题组在能源材料一流期刊 《纳米能源》上发表题为《Direct observation of vast off-stoichiometric defects in single crystal SnSe》的学术论文。

热电材料是能够实现热能与电能直接相互转换的新能源材料，在热电制冷和废热发电等方面有着广泛的应用前景，对于提高现有能源利用率和缓解能源危机有重要作用。然而热电材料大规模商业应用面对着成本高效率低的瓶颈，因此，开发利用原料丰富、廉价、低毒的热电材料越来越受到研究者的广泛关注。

SnSe作为近年来热电材料中的研究热点，保持着目前热电材料中最高品质因子（ZT）的世界记录。其优异的热电性能主要来源于其超低的晶格热导率。然而，第一性原理等理论计算并不能很好地解释实验上观测到的极低晶格热导率，运用非弹性中子散射对其声子谱的研究亦只能提供其低晶格热导率可能来源的定性解释。

何佳清课题组运用大量的明场和高角暗场扫描透射电镜技术(ABF/HAADF-STEM)观测，意外发现SnSe的单晶晶格间存在着大量的间隙原子，模拟分析表明这些原子为Se原子；同时，亦发现大量Sn晶格位置的空缺。密度泛函计算结果表明这些点缺陷具有很低的形成能，电子探针成分分析亦从宏观方面证实了这种SnSe单晶确实偏离化学计量比。利用经典的Debye-Callaway模型，他们定量的证实了正是由于这种本征的偏离化学计量比的点缺陷的大量存在，大幅加剧了SnSe中高频声子的散射，从而造成了实验观测到的极低晶格热导率。

这项工作的另外一个启发意义还在于：完美的并不一定是最好的。热电领域传统意义上认为的完美化学计量比并不一定能保证最优的热电输运性能，而合适的偏离化学计量比也可能出奇制胜，带来材料性能的大幅改进。

该论文以南科大为第一单位，物理系研究助理教授吴笛、美国布鲁克海文国家实验室吴立军和皮米中心工程师何东升为共同第一作者，物理系何佳清教授为文章唯一通讯作者。

这项工作的开展得到了物理系黄丽助理教授、美国布鲁克海文国家实验室、中科院宁波材料与技术工程研究所和美国西北大学的通力协助。并且得到了国家自然科学基金、广东省领军人才以及深圳市孔雀团队等项目的支持。

文章链接： http://dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2017.04.004

供稿：物理系