近日，国际顶级期刊《Nature Materials》（影响因子47.66）在线发表了题为“Extreme phonon anharmonicity underpins superionic diffusion and ultralow thermal conductivity in argyrodite Ag8SnSe6”的研究论文，该工作汇聚了世界各地17家科研机构，耗时近5年合作完成，其中包括上海交通大学、中国散裂中子源科学中心、同济大学、美国杜克大学、上海电机学院、法国郎之万研究所、日本原子能机构、澳大利亚卧龙岗大学、德国慕尼黑工业大学中子和正电子研究中心、印度巴巴原子能研究中心等。我校材料学院功能晶体团队金敏教授/林思琪副教授参与了该研究，开发出一种迄今国际上最大尺寸的Ag8SnSe6单晶，为本工作提供了关键性基础材料。
热电材料是一种可实现热能与电能直接相互转换的功能材料，在温差发电和固态制冷等方面有广泛应用。最近几年，人们发现一类新型Ag基硫银锗矿材料展现出可比拟甚至优于商业化Bi2Te3基材料的热电性能而成为关注焦点。该材料体系的超低晶格热导率是其具有优异热电性能的关键因素之一，为弄清其机理，高完整的单晶样品将是实验顺利进行的重要保障。然而，Ag基硫银锗矿材料极低的热导率（与木头相当）及具有超离子态的结构特征导致晶体生长极其困难。我校功能晶体团队立足自身优势，开发了一种新型垂直布里奇曼技术，针对晶体生长固液界面易凹陷，通过采取加大晶体边缘热量辐射功率、坩埚底部中心轴方向安装导热棒、坩埚底部边缘加强保温等措施对固液界面进行优化，使之向微凸或平界面靠拢，为高完整晶体生长创造了良好条件，成功制备出了具有代表性的大尺寸Ag8SnSe6单晶。在此基础上，利用同步加速器X射线、中子散射技术及机器学习分子动力学模拟等手段，系统研究了Ag8SnSe6的离子扩散与晶格动力学，揭示出巨声子非谐性是导致硫银锗矿基超离子化合物超低晶格热导率的本征原因。此外，该研究还提出了一种新的超离子相变微观晶格动力学机制，为设计新型热电材料与固态电解质提供了新的思路。
材料学院功能晶体团队开发的新型垂直布里奇曼技术及制备的大尺寸Ag8SnSe6晶体
该工作得到了国家自然科学基金和上海市教委“曙光计划”等项目的支持。
论文链接： https://www.nature.com/articles/s41563-023-01560-x