近日，我院梁世恒教授与武汉大学物理学院熊锐教授合作，在国际凝聚态物理主流期刊《Physical Review B》上发表了题为“Anomalous suppression of thermal conductivity in SnSe induced by aliovalent doping”的研究论文。湖北大学为第一单位，我院博士后张攀为第一作者，梁世恒教授和熊锐教授为共同通讯作者。

元素掺杂通过调控载流子浓度和增强声子散射，可以协同优化电、热输运性能，是提升热电材料性能的关键策略之一。传统观点认为，元素掺杂对晶格热导率的抑制效果主要取决于掺杂原子与基体原子间的质量差和半径差。这种原子尺度的差异会在晶格中引入质量场波动和应力场畸变，从而增强声子-点缺陷散射。然而，实验观测到异价掺杂较等电子掺杂能更显著地降低晶格热导率，但其背后的物理机制尚未得到系统阐释。

本研究采用机器学习势结合声子玻尔兹曼输运方程的方法，系统对比了等电子掺杂(Ge, Pb)与异价掺杂(Ag)对SnSe声子热输运行为的影响。研究发现，尽管Pb原子在质量和尺寸上与Sn原子差异更大，但异价Ag掺杂却展现出更显著的晶格热导率抑制效果，这与传统直觉相悖。机理分析表明，这一反常现象源于Ag掺杂显著增加了声学支与低频光学支声子之间的声子散射通道。进一步分析发现，Se-4p和Ag-4d轨道间的p-d反键态相互作用削弱了Se-Ag间的化学键，导致低频光学声子下移，从而强化了声学支与光学支声子之间的耦合作用。该机制不同于以往研究中报道的异价掺杂诱导的光学声子软化行为或“avoided crossing”效应。本工作不仅深化了对掺杂体系中声子输运微观机制的理解，也为设计高性能热电材料提供了新的理论依据和实验指导。

论文链接: https://doi.org/10.1103/rq8z-n7d9

（审核人：周宗兴）