20世纪90年代以前，热电材料研究主要集中于由两种元素组成的固溶体半导体材料，如ZnSb及其合金、Bi2Te3及其合金、PbTe及其合金和SiGe合金。1995年，美国科学家Slack提出基于“声子玻璃-电子晶体”(PGEC)概念的热电材料设计理念，即理想的热电材料应该具有像玻璃一样的声子输运特性，同时又具有像晶体一样的电子输运特性。这一理念拓展了热电材料的研究方向。沿着这一方向发现，笼状化合物方钴矿的孔洞中可以填入合适的杂质原子，特别是多原子的优化组合填充，可以在这些材料中实现近乎独立的电子和声子输运的协同调控，从而得到较高的热电性能。
在方钴矿的本征孔洞中填入不同的杂质原子可以降低热导率，并通过不同振动频率的多原子填充实现热导率的逐步降低，同时不同填充原子价态还可以在更大范围内调节载流子浓度，达到电输运性能的最优化设计，最后达到电子、声子输运性能的协同调控，实现热电性能的大幅提高，ZT值达到1.7@800K，为非纳米的块体热电材料中性能最好的材料之一。通过基于对微观机制理解而实现的电子、声子输运的近乎独立的调控，在n型填充方钴矿化合物中基本实现了“声子玻璃-电子晶体”的特性，并且尝试结合细致的微结构表征探索“声子玻璃-电子晶体”的科学内涵。
在寻找新热电化合物的过程中，具有笼状结构的填充方钴矿化合物作为一种典型的可能具有“声子玻璃-电子晶体”特性的化合物，一方面提供了一个典型物理模型系统让研究者探索热电化合物中电热输运协同调控的基本原理，在此基础上为这一类化合物的热电性能优化提供指导；另一方面，对该类化合物系统的研究还可以帮助研究者认识电热输运协同调控的晶体结构与电子结构的基本内涵，为探索新型热电化合物体系提供指导。这两点都是热电材料与热电物理研究中重要部分，都需要在未来的研究中继续深化。(欣然)


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