熱電設備通過從設備的冷熱部分的溫差中產生電壓，將熱能轉化為電能。研究人員利用中子來研究硫化錫和硒化錫的單晶，以更好地了解轉換過程是如何在原子尺度上發生的。他們測量了與溫度有關的變化，測試發現，不同溫度下的結構變化與原子振動（聲子）的頻率之間存在着強烈的聯繫，這種聯繫影響了材料的熱傳導方式。
該研究還確定了能量轉換的理想溫度，它還提供了基本的科學見解，可用於協助研究人員創造具有更好的熱電性能的新材料。
熱電材料是清潔能源技術的關鍵。研究人員利用中子散射發現了有關聲子重整機制的細節。這是一個量子力學過程，解釋了兩種常見熱電材料超低的熱導率。這些發現可能有助於研究人員為更有效的熱電設備創造材料。它也將有助於改善可再生能源轉換技術。
熱電技術將熱能轉化為電能，它們是可以減輕氣候變化影響的清潔能源技術組合之一。熱電的一個主要挑戰是其相對較低的效率和有限的可用材料數量。為了設計更高效率的材料，科學家們需要從根本上了解實現超低熱導率的機制。
為了解決這個長期存在的科學難題，杜克大學的研究人員採用中子散射實驗，並輔以其他技術，來探測典型的熱電材料，將硫（S）和硒（Se）結晶成二元體的SnS和SnSe。
通過使用位於橡樹嶺國家實驗室的能源部（DOE）用戶設施 – 輻照中子源和高通量同位素反應堆的先進中子散射儀器，研究人員在150K到1050K的寬廣溫度範圍內測量了結構變化和聲子光譜，揭示了800K時的一個轉變，即原子間距在一個方向上擴大，但在其他方向上收縮。
動態測量還提供了關於過渡期原子振動頻率急劇下降的關鍵信息，這也是熱傳導減少的原因。這項工作還表明，觀察到的聲子行為可能存在於許多其他具有類似相變的材料中，如鹵化物過氧化物、氧化物鐵電體或接近不穩定的熱電體，這大大拓寬了能源轉換材料的可能性庫。
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https://www.nature.com/articles/s41467-020-18121-4