基于Wannier轨道分析的Cu-Sb-Se三元半导体中孤对s2电子对晶格热导率影响机制研究

研究人员针对CuSbSe2异常低晶格热导率(kl)现象，通过第一性原理计算结合Wannier轨道分析，揭示了Sb-5s轨道畸变导致Sb-p-Se-p键合强度降低的机制。该研究颠覆了传统孤对s2电子解释，为设计低热导率热电材料提供了新视角。

　　

在Cu-Sb-Se三元半导体家族中，CuSbSe₂展现出比同类化合物Cu₃SbSe₄更低的晶格热导率，这个反常现象曾被归因于锑(Sb)原子的孤对s²电子。通过精密的Wannier轨道分析技术，研究者们有了突破性发现：尽管两种化合物中Sb的电子构型相似，但在CuSbSe₂中Sb-5s轨道发生了显著畸变。更令人惊讶的是，这种结构畸变并非直接增强孤对电子效应，而是通过削弱Sb-p轨道与硒(Se)-p轨道之间的键合强度(p-p bonding)，从而像"分子弹簧"般降低了声子传输效率。该机制完美解释了实验观测到的超低热导率现象，为新型热电材料的理性设计提供了关键理论依据。研究还通过可视化分析呈现了轨道分裂-杂化-键弱化的全过程，犹如揭开了材料热传输特性的"量子密码"。