协同调控贝里曲率与费米面实现拓扑磁体反常能斯特热电效应的巨大功率输出

本研究针对近室温热电转换技术中输出功率不足的瓶颈问题，通过电子结构工程协同调控拓扑磁体Co2MnGa的熵密度加权贝里曲率（s(k)ΩE(k)）与费米面，获得室温下7.5 μV K-1的反常能斯特热电优值（ANE）和47.8 μW m-1 K-2的功率因子（PFyx）。通过设计反应性润湿镍界面层将器件界面电阻降至0.1 μΩ cm2，最终在16.1 K温差下实现69.7 μW的创纪录功率输出，为横向热电转换技术提供新范式。

　　

在物联网和柔性电子设备蓬勃发展的今天，如何利用环境中的微小温差（ΔT）实现高效热电转换成为关键科学挑战。传统基于塞贝克效应的纵向热电技术面临转换效率与输出功率的权衡困境，而基于反常能斯特效应（Anomalous Nernst Effect, ANE）的横向热电技术因其正交电势与温度梯度的独特结构优势，为近室温能量收集开辟了新路径。拓扑磁体（Topological Magnets, TMs）因其非零贝里曲率（Berry Curvature, BC）展现出比常规磁体高一个数量级的ANE效应，但如何协同优化反常能斯特热电优值（S_{yx^A）与电导率（σyy），以及降低器件界面电阻成为亟待解决的核心问题。}

针对上述挑战，浙江大学陈梦钊、钱晟等团队在《The Innovation》发表研究，通过电子掺杂策略调控Co₂MnGa的费米面位置，结合第一性原理计算揭示了熵密度加权贝里曲率[s(k)Ω_E(k)]与载流子输运的协同增强机制。实验采用放电等离子烧结（SPS）技术制备Ge/Si掺杂样品，通过四探针法测量电输运性能，并设计反应性润湿镍界面层降低接触电阻。研究团队还创新性地通过改变热电腿长度/厚度比（l/d）验证横向热电器件的结构优势。

关键研究发现

1. 1.

   电子结构调控机制：通过Ge/Si掺杂将费米能级（E_F）提升0.07 eV，使Co₂MnGa_0.95Ge_0.05的熵密度加权BC强度达到峰值，室温下S_{yx^A提升21%至7.5 μV K^-1，PFyx达47.8 μW m^-1 K^-2。}

   
2. 2.

   器件结构优势：构建l/d=8.0的能斯特发电机，验证输出电压（V_oc）与l/d的线性增长关系，在8.7 K温差下获得5.1 μW功率输出。

   
3. 3.

   界面工程突破：镍界面层使接触电阻降至0.1 μΩ cm²，器件总内阻降低80%，最终在16.1 K温差下实现69.7 μW的功率输出，较前人工作提升390%。

   

该研究首次阐明熵密度加权BC对ANE效应的主导作用，建立电子掺杂-费米面调控-热电性能的构效关系，为拓扑量子材料在能量转换领域的应用奠定基础。通过材料优化与器件设计的双重突破，将横向热电技术的实用化进程推进至新高度，对开发面向物联网的微型自供电系统具有重要指导意义。