2022年5月6日，应前沿院量子材料与器件研究中心邀请，同济大学蔡克峰教授、华中科技大学杨君友教授、中国科学院上海硅酸盐研究所仇鹏飞副研究员、吉林大学王彦超教授、华中科技大学刘德欢教授、上海交通大学鲍华副教授、深圳大学李武研究员和西南交通大学倪宇翔副教授通过腾讯会议，为学校相关专业师生带来了量子材料与器件领域精彩的系列学术讲座，线上线下共计180余人参加。

首先，蔡克峰教授团队以一种具有潜在应用价值的室温热电材料-β-Ag₂Se（一种n型窄带半导体）为例，在Ag₂Se柔性热电薄膜研究的基础上，进行了实验工艺优化，探究了导电聚合物聚吡咯(PPy)的原位引入对薄膜性能的影响，以及将薄膜组装成热电器件研究其输出性能。β-Ag₂Se作为一种柔性热电材料，制成的器件有望对可穿戴电子设备进行持续供电。

杨君友教授以“AgSbTe₂基高熵热电材料”为主题，讲述了其团队通过AgSbTe₂岩盐结构材料的熵驱动合金化处理，实现了诸如GeTe、MnTe等非岩盐结构热电材料向稳定的岩盐结构转变，获得了AgMnSbTe₃、AgMnGeSbTe₄等岩盐结构半导体材料。紧接着，其团队研究了材料的晶体结构（含局域晶体结构）、能带结构、微结构以及电热输运性能。结果表明，材料对称性的提高有利于形成多价带顶的复杂能带结构，而随机无序的阳离子占位有利于获得较低的晶格热导率。因此，上述岩盐结构热电材料表现出优异的热电性能，为发展高性能热电材料提供了可能的途径。

仇鹏飞副研究员团队针对主流的热电材料在高温服役时会出现诸如氧化、挥发、相变等问题，结合理论计算和实验，开展了β-FeSi₂热电性能优化与热电器件制备工作。团队通过第一性原理计算，获得了26种潜在的n型和p型掺杂元素在β-FeSi₂中的缺陷形成能，并预测Ir元素可能在β-FeSi₂中实现高的掺杂极限。通过实验，成功合成了系列含不同Ir掺杂量的β-FeSi₂样品。特别是，Ir掺杂β-FeSi₂在空气中表现出优良的抗氧化能力。基于兼具高热电性能和高服役稳定性的β-FeSi₂基热电材料，进一步制备了新型耐火热电器件。该热电器件在高温下表现出优良的抗氧化能力和稳定的热电转换能力，有望成为兼具高热电性能和高服役稳定性的热电材料。

接下来，王彦超教授展示了其作为团队骨干，基于群智优化算法，发展的CALYPSO结构预测方法以及编写的同名结构预测软件包（www.calypso.cn）。详细讲述了团队利用CALYPSO发现了含有孤立的V型O₃单元的稳定的非常规配比化合物CaO₃高压相，并以CaO/Ca和O₂为前驱物，在高温高压条件下成功合成出理论预言的CaO₃，丰富了臭氧化合物家族。研究成果不仅为破解“大氧化事件”前氧气缺失谜团提供了新思路，也为理解地球内部氧循环提供了新途径；利用CALYPSO方法提出H₂O在高压富氢环境下可能生成具有反常化学计量比的H₃O高压相，可以揭示H₃O在冰巨行星内部温压条件下以流体导电层形式存在，为阐明天王星和海王星的异常磁场形成的物理机制提供了新思路。

刘德欢教授团队结合第一性原理计算和理论模型，证明了电声耦合诱导的偶极子(EPID)长程相互作用在降低某些极性半导体材料的声子热导率上比短程的电声相互作用有更显著的效应。刘教授首先系统介绍了电声散射理论的发展脉络，然后以极性半导体材料GaAs和ZnO为例，介绍了团队在电声相互作用如何影响半导体材料热输运性质方面的最新研究成果。研究结果如下：(1)揭示了EPID长程作用将导致声子产生随波矢倒数(q^-1) 而变化的“发散散射率”；(2)建立了一个解析模型来验证声子散射率在长波极限下的渐近行为，并提出了一个特征声子频率来确定EPID是否会对热输运产生重要影响；(3)强调了声子热传导和中心对称性破缺之间的内在联系。

鲍华副教授简要介绍了过去的30年热传导的研究主要集中在半导体和绝缘体的声子和晶格振动导热研究，而对金属、高掺杂半导体材料中的热传导研究却很有限。因此，其团队重点讨论和研究了金属和半导体中的电子导热特性。研究发现：（1）声子导热尽管对多数单质金属影响较小，但是在特定的一些金属中对其热导率有重要贡献；（2）在中低温条件下，即使在铜和铝等常见金属中，由于非弹性电子-声子散射，洛伦兹数也显著降低；（3）金属纳米结构具有很强的尺寸效应，其尺寸效应主要发生在在几十纳米的数量级。此外，该团队还进一步探讨了低热导率的半导体SnSe的电子导热以及本征Si在高温下的双极性电子导热机理。

李武研究员团队发现，在石墨烯这样的三声子散射由动量守恒的normal过程主导的二维材料中，存在一种间接的电声相互作用机制。课题组通过计算成功解释了石墨烯的拉曼线宽随温度增加的温度依赖关系以及不同实验测量值之间存在很大差异的原因。研究发现高阶非谐性、声子重整化和电子-声子作用都对理解石墨烯的拉曼线宽至关重要，并且电声耦合可以在很大范围内调节声子线宽。

最后，倪宇翔副教授团队从以下两方面探讨了纳米结构与声子输运物理机制：在提升声子输运能力方面，面向电子器件中的热管理，分析使用热界面材料的主动式散射和使用石墨烯散热层的被动式散热两种情况，探讨了界面热输运的相关物理机制；在阻碍声子输运能力方面，面向热电材料的结构设计，分别从声子的粒子性和波动性两个层面，提出诱导和增强声子散射和声子局域化的针对性纳米结构设计，阐明了在相关结构中声子输运能力降低的机理。

此次系列讲座涵盖了热电材料前沿研究；展示了量子材料与器件研究过程中如何利用理论计算与实验相结合，解决重点、难点研究问题。报告内容丰富，深入浅出，赢得了与会师生的热烈反馈。同时，系列讲座加强了量子材料与器件研究中心科研人员与全国高校、科研院所的学术交流。