近日加拿大pc28，重庆大学潘瑜训诲和联接者初度在低温（~180K）下兑现了高达 1.7±0.2 的热电优值，其在液氮温度隔邻到室温的宽温区（100K–300K）均可发扬出 1 以上的磁热电优值，这为低温热电制冷工夫带来了全新的机遇。
值得珍惜的是，上一个兑现 1 以上磁热电优值的论文效力依旧停留在 60 年前。同期，她和联接者进一步明确了最优热电性能所需的外磁场与温度的依赖关系。
通过对比此前效力，潘瑜等东谈主发现最高热电优值所需的外磁场随温度缩短而权贵缩短，而本次效力中 180K 以下的优异热电优值所需磁场仅为 0.7 。这标明在低温条款下，有望通过永磁体兑现权贵增强的磁热电性能，也意味着拓扑材料的磁场增强热电性能关于低温热电制冷范畴具有要紧后劲。
此外，基于拓扑材料的狄拉克能带永别和磁场下电子回旋频率以及能带结构的变化，潘瑜和联接者在本次商榷中阐释了磁场增强拓扑材料塞贝克效应的物理机制。
表面分析扫尾裸露：在本次体系之中，线性色散能带结构、高迁徙率以及磁场下能带塞曼劈裂效应，关于兑现磁场增强塞贝克效应具有迫切作用。
在应用远景上，热电工夫不错兑现热能和电能的相互平直退换，在温差发电、固态制冷和控温等范畴具有迫切应用价值，何况具有无畅通部件、无噪声、可靠性高、反馈快等优点。
潘瑜暗示，本次商榷聚焦于高迁徙率拓扑材料，其期骗外磁场赢得了低温热电性能的大幅普及，兑现了 300K 以下的优异热电性能，同期所需要的磁场小于 1 特斯拉，这诬害了此前拓扑材料高水平热电性能关于大磁场止境是超导磁体的依赖。因此，该效力在固态低温热电制冷及控温范畴具有应用远景。
从 2013 年读博时起，潘瑜运转商榷热电材料。其博士课题主要围绕碲化铋（Bi2Te3）这一热电材料体系张开。该材料体系是室温隔邻最经典的热电材料，后被学界评释注解是拓扑绝缘体。
自那时起，潘瑜心里就种下一颗“拓扑”的兴致种子。2018 年博士毕业之后，潘瑜运转在博士后阶段真切探索拓扑材料的热电输运秉性。来到新的现实室之后，潘瑜进一步发现拓扑材料商榷在凝合态物理范畴受到高度善良。
2018 年，来自中国科学工夫大学的商榷东谈主员发现磁场不错将 Cd3As2 拓扑半金属的热电优值普及 6 倍。同庚，来自好意思国麻省理工学院的商榷东谈主员在一篇表面论文中指出，拓扑半金属中不错兑现不宽裕磁塞贝克效应。
这些商榷极大激勉了潘瑜的商榷兴致。但是，这些效力所需要的磁场齐较大，远远稀奇永磁体大致逍遥的领域，甚至于搁置了它们的应用价值。
为了大幅普及低磁场下的热电性能，潘瑜运转着眼于一些具有极高迁徙率和权贵磁反馈热电性能的拓扑半金属材料，以及具有反常热电输运步履的磁性拓扑半金属材料。
时刻，潘瑜尝试过不少新兴拓扑半金属体系，发现拓扑半金属具有特地好的横向热电性能，包括旧例能斯特热电效应和反常能斯殊效应。
但是，由于拓扑半金属自然存在电子、空穴两种载流子，使得大大批拓扑半金属的塞贝克热电势不高。
因此，是否大致将拓扑半金属的相应表面应用到拓扑绝缘体中，同期期骗拓扑绝缘体超高迁徙率和单一载流子传输秉性，从而兑现低磁场下热电性能的权贵普及，便成为她开展本次商榷的起点。而 Bi88Sb12 动作首个拓扑绝缘体与低温热电材料，也很当然地成为本次商榷的重心善良体系。
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如前所述，早在 1960 年代已有论文报谈 Bi88Sb12 合金的优异热电性能。但在后续该体系，却并莫得像 Bi2Te3 等经典材料相同在热电范畴赢得握续和庸俗的善良。
同期，早期文件中缺失了许多推断细节，导致磁场增强热电性能的机制依旧不甚赫然。此外，早期文件也未能将该材料的能带拓扑性质与磁热电输运步履推断起来。
因此，潘瑜定下本次课题的主义特地简便：即 Bi88Sb12 合金动作一个经典体系其具有极高的迁徙率，何况是首个三维拓扑绝缘体。
基于这个体系开展商榷，有望更好地交融能带的拓扑性质与特殊的热电输运性质之间的关联，从而为狡计新材料体系提供念念路。
但是，当潘瑜真确运转商榷这个体系之后才发现，Bi 与 Sb 在职意比例之下齐不错变成固溶体，何况具有特地大的偏析所有这个词，因此期骗一般的单晶滋长局势很难滋长出要素均一的高质地单晶，这就会导致无法得到想象的热电性能。
也便是说，制备高质地单晶成为本次商榷的第一只拦路虎，半途潘瑜尝试过许多妙技但齐历久不得法。
自后，本次论文的联接者贺彬博士其时也在基于这一体系作念商榷，于是潘瑜和他沿路联接，通过相互共享单晶滋长的细节教授，终于滋长出来高质地的单晶。
由于他们所滋长的单晶是厘米级的长条状，因此需要将单晶切割为毫米级的长方体，以便用于输运性质的测试。
该体系具有权贵的各向异性特色，其迁徙率和热电性能均沿（111）晶相最高，是以需要沿此场地将单晶切割为一个长方体样品，以便用于输运性质的测试。
而单晶的解理面恰巧为（111）面，这使得样品在切割经过中常常发生解离、断裂。自后经验屡次失败之后，她才提高了样品准备的收效力。
测试阶段则算相比胜利，扫尾也很饱读动东谈主心。在第一个样品的输运测试扫尾中，她就看到了权贵的磁反馈塞贝克热电效应，同期迁徙率也很高。
“我铭刻第一个样品的热电性能就稀奇了 1962 年的文件最高值，其时我很欢乐，不仅是因为赢得了一个高性能，而是因为这标明该体系还有更多值得挖掘的内涵，何况磁热电性能还有望进一步普及。”潘瑜说。
为了考证样品输运步履的可重叠性，她和联接者又试过屡次的单晶滋长与测试。扫尾发现该体系的磁反馈塞贝克效应基本不错重叠，而磁阻却在样品之间存在较大波动。
基于此潘瑜等东谈主以为：单晶的杂质浓度、费米能级位置等齐会权贵影响样品的磁阻效应。于是，他们又再次回到单晶滋长，从原材料除杂质运转，试图赢得更好的单晶质地。在不停尝试经过中，最终得到了论文中的现实扫尾。
日前，推断论文以《具有优异磁-热电优值的 Bi88Sb12 拓扑绝缘体》（A magneto-thermoelectric with a high figure of merit in topological insulator Bi88Sb12）为题发在Nature Materials[1]，潘瑜是第一作家兼共同通信，德国马普固体化学物理商榷所克劳迪亚·费尔瑟（Claudia Felser）训诲担任共同通信作家。
在改日接头上潘瑜将针对以下三个方面开展商榷。
一是制备对应的 p-型材料：通过本次商榷她发现了优异的 n-型材料，而 p-型材料从能带结构上亦存在线性色散的狄拉克能带，表面上有望赢得权贵的磁反馈热电性能。
二是开展物理机制商榷与新材料狡计：本次商榷评释注解在拓扑材料中不错通过低磁场兑现热电性能的权贵增强，评释注解了拓扑材料在热电范畴的后劲，后续潘瑜但愿能在更多的拓扑材料体系中探索优异的热电输运性能。
三是热电器件制备与热电退换效力探索：即其但愿大致从器件制备的角度探索该体系的热电退换效力，鼓舞该体系在热电范畴的应用。
与此同期，她补充称比年来越来越多的商榷标明，拓扑材料因其独到的能带结构发扬出新奇的热电输运步履，包括本责任触及的磁反馈塞贝克热电效应、以及非磁性拓扑半金属的能斯殊效应和磁性拓扑半金属的反常能斯殊效应等，这引起了凝合态物理范畴与热电材料范畴的善良，也很好地体现了物理与材料的学科交叉性。
“本次责任是我此前博士后责任的延续，目下我回到国内沉寂建组，我和团队将延续探索拓扑物理与热电范畴的密切关系，期待作念出更多有趣味的责任。”潘瑜终末暗示。
参考费力：
1.Pan, Y., He, B., Feng, X.et al. A magneto-thermoelectric with a high figure of merit in topological insulator Bi88Sb12.Nat. Mater.24, 76–82 (2025). https://doi.org/10.1038/s41563-024-02059-9
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