通过施加压力从废热中产生更多电力

大阪大学的研究人员通过改变压力，将有希望的热电材料的功率因数提高了100%以上，为具有改善的热电性能的新材料铺平了道路。热电材料具有从温差发电的独特能力，因此可能用于将否则浪费的热量(例如来自热笔记本电脑或服务器的热量)转换成可用电力。

除了改善的热电特性的材料，研究人员发现，材料的热电性能从电子能带结构，其被称为利弗席兹过渡的拓扑结构的过渡起源。这种转变不同于传统的Landau型相变，因为它发生时没有任何对称性破坏。研究人员长期以来有理由相信Lifshitz过渡在许多量子现象中起着至关重要的作用，例如超导性，复杂磁性和热电性质，但它们缺乏直接证据。

在这项新研究中，大阪大学的研究人员表明，Lifshitz过渡与热电材料的物理特性之间存在直接联系。“通过施加压力并在压力增加时测量量子振荡，我们能够跟踪Lifshitz过渡，”相应的作者Hideaki Sakai说。

研究人员研究了锡硒化物(SnSe)，这是一种热电材料，也是一种含有少量导电载体的半导体。在半导体中，较低的能量价带充满电子，而较高的能量导带则没有电子; 一旦引入一些杂质和/或化学缺陷，导电载体分别作为导电带和价带中的电子和空穴引入，并且半导体将表现得像导体。除了对材料的导电性能产生影响外，带结构还对量子现象产生影响，例如它们的热电能力。锡硒化物的价带不是完全平坦的，但通常在其中具有两个谷。

“当我们增加对材料的压力时，我们观察到当Lifshitz过渡发生时，材料中的两个谷变为四个，”Hideaki Sakai说。研究人员能够在实验和理论上证明，谷的数量的这种变化直接导致了硒化物的热电性能的显着改善。

该研究的结果可能有助于在未来制备改进的热电材料，并且还可以帮助阐明Lifshitz过渡对各种传输特性的影响，从而导致潜在的应用，例如利用带结构中的谷自由度的新型电子器件。