层状结构的p型半导体BiCuTeO具有本征低热导率和优良的电输运性能，是一种潜在的高性能中温区热电材料。迄今文献报道的BiCuTeO块体材料均为四方相晶体结构，空间群为P4/nmm。近期，河北大学王淑芳教授课题组利用脉冲激光沉积技术在单晶铝酸镧上制备出了单相的BiCuTeO取向薄膜，发现薄膜材料具有和体材料不同的六方相晶体结构，由 [Bi₂O₂]²⁺和[Cu₂Te₂]^2–层沿c 轴方向交叠堆垛而成，晶格参数为 c = 12.45 Å，a = b = 4.3 Å。电输运测试结果表明，该六方相BiCuTeO薄膜在300-600K 测试温区内表现出金属导电行为，其热电功率因子PF在600K时可达7.7 μWcm^-1K^-2。声子谱和电子能带结构计算从理论上进一步验证了该六方相结构的热力学和动力学稳定性。相关结果以题为“A hexagonal phase of BiCuTeO films: Growth, crystal structure, and thermoelectric properties”发表在Applied Physics Letters 126, 233905 (2025)上。

六方相BiCuTeO薄膜具有较高的电导率和塞贝克系数各向异性值，是构筑横向热电器件的理想候选材料。基于此，作者进一步制备了c轴10°倾斜的BiCuTeO薄膜并利用Ag的掺杂和复合效应协同调控了BiCuTeO薄膜横向热电器件的探测灵敏度和时间响应度。实验结果显示，在308nm脉冲激光辐照下，该探测器在无任何外加电压驱动下可获得灵敏度高达20V/mJ的开路电压输出，上升和衰减时间分别为52和195 ns，表明六方相BiCuTeO薄膜在自驱动的高灵敏快响应光探测器领域具有重要应用前景。相关结果以题为“High-performance pulsed light detector based on the transverse thermoelectric effect of the c-axis inclined BiCuTeO:Agx films”发表在Applied Physics Letters  127, 063501 (2025)上。

以上工作得到了国家自然科学基金项目、中央引导地方科技发展资金项目的支持。

团队介绍

闫国英，河北大学物理学院副教授、硕士生导师。长期从事薄膜横向热电效应与光/热探测器应用研究，近期以第一作者/通讯作者在Nano Energy、Applied Physics Letters等期刊发表SCI论文十余篇，授权国家发明专利9项，完成专利转化2项。

王淑芳，河北大学 “坤舆学者”特聘教授、博士生导师、能量转换材料与器件课题组组长。长期从事半导体热电/光电材料设计、物性调控与器件应用研究，近年来以通讯作者在Nature Communications、Advanced Materials、 Science Bulletin、Physical Review B、Applied Physics Letters等期刊上发表SCI 论文百余篇，现兼任中国光学学会理事、中国光学学会光电技术专业委员会常委、中国材料学会热电材料与应用分会理事等职。