近日，東南大學(xué)物理學(xué)院倪振華教授和呂俊鵬教授課題組與新加坡科技局材料工程研究院吳靖研究員合作，發(fā)現(xiàn)在基于二維Bi2O2Se的場效應(yīng)晶體管中施加門電壓可以調(diào)控極化光學(xué)聲子散射到壓電散射的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)了塞貝克系數(shù)與電導(dǎo)率的去耦合，達(dá)到了寬溫度范圍的高熱電功率因子。 基于塞貝克效應(yīng)的熱電材料可以實(shí)現(xiàn)熱能和電能的直接轉(zhuǎn)換，在綠色清潔能源和低溫制冷等領(lǐng)域有著十分重要的應(yīng)用，如何提高熱電材料轉(zhuǎn)化效率一直是該領(lǐng)域研究的核心問題。熱電參數(shù)之間的強(qiáng)耦合使得提高材料的熱電性能具有挑戰(zhàn)性。長期以來，由于載流子散射機(jī)制的復(fù)雜性，在調(diào)控載流子散射機(jī)制方面十分困難，因此常常忽略了載流子遷移率在獨(dú)立增強(qiáng)熱電性能（不犧牲塞貝克系數(shù)的情況下提高電導(dǎo)率）方面的作用。 不同于目前廣泛研究的石墨烯、過渡金屬硫化物、黑磷等二維材料，二維Bi2O2Se的低聲子群速度和強(qiáng)聲子非諧散射使其具有極低的熱導(dǎo)率(~0.92 W/mK APL 115, 193103 (2019))，同時(shí)兼具的高電子遷移率和良好的環(huán)境穩(wěn)定性使得其在熱電以及能源轉(zhuǎn)化領(lǐng)域有著巨大的潛力。基于二維Bi2O2Se場效應(yīng)晶體管的熱電輸運(yùn)，二維Bi2O2Se載流子遷移率在高溫下由極化光學(xué)聲子散射主導(dǎo)，在低溫下由壓電散射主導(dǎo)。當(dāng)壓電散射主導(dǎo)時(shí)，其遷移率顯著提高。同時(shí)電導(dǎo)率的急劇上升并沒有導(dǎo)致塞貝克系數(shù)的明顯下降，表明散射機(jī)制的調(diào)控可以實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)率和塞貝克系數(shù)的去耦合。這與之前通過調(diào)控載流子濃度來平衡電導(dǎo)率和塞貝克系數(shù)的策略完全不同。同時(shí)，這種散射機(jī)制的轉(zhuǎn)變溫度具有高度的門電壓可調(diào)性，通過施加一定大小的門電壓，可以顯著提高極化光學(xué)聲子散射到壓電散射的轉(zhuǎn)變溫度。熱電功率因子與遷移率在兩個(gè)數(shù)量級(jí)的調(diào)制上展現(xiàn)出近似線性的相關(guān)性，最終實(shí)現(xiàn)寬溫度范圍(80-200K)的高熱電功率因子(>400mW-1m-1K-2)。 該工作發(fā)現(xiàn)了通過門電壓調(diào)控二維Bi2O2Se的散射機(jī)制可以有效的調(diào)節(jié)其熱電性能，證明了散射機(jī)制的調(diào)控可以很好的實(shí)現(xiàn)熱電參數(shù)之間的去耦合。高柵極可調(diào)性允許對(duì)散射機(jī)制進(jìn)行精細(xì)的控制，從而揭示更深入的物理機(jī)制。對(duì)于探索低維材料應(yīng)用于低溫制冷和物聯(lián)網(wǎng)自供電領(lǐng)域具有深遠(yuǎn)意義。