近日，我校物理与电子工程学院郑友进、岳冬辉研究团队，以“压力淬火”为钥匙，在碲化铋（Bi₂Te₃）基热电材料中同时打开了性能提升与pn结自构筑的大门，这不仅为废热回收带来变革性可能，更为半导体制造提供一条“去化学掺杂”的颠覆性路线。相关成果以“Deterministic conduction type switching and thermoelectric properties enhancement in Bi2Te3 via pressuretemperature engineered”为题发表于《Communications Materials》（JCR：1区，影响因子：9.1，Nature子刊）。
核心科学突破：压力诱导“电子拓扑转变”，实现导电类型自主切换
芯片制造业依赖高成本离子注入，数十年难有替代方案，一直是我国“卡脖子”的科技难题。我校研究团队利用国产六面顶压机，将Bi2Te3粉晶在1–5 GPa高压下同步升温至1000 K并快速淬火。回收样品中出现一个“反常”现象：3 GPa及以下保持p型导电，而4–5 GPa样品则完全翻转为n型——Seebeck系数与Hall系数符号反转交叉验证，确认结果可靠。。
结合XRD、电子探针（EPMA）、透射电镜（TEM）及第一性原理计算（图1），团队证实：Bi2Te3在1–5 GPa并无结构相变，而是压力驱动电子拓扑转变，导致能带结构重构——导带底劈裂、带隙反常展宽，费米能级从价带侧移至导带侧；同时，高压诱发局域元素偏析（自掺杂效应），形成富Bi与富Te区，但析出相与基相结构相同，仅为化学配比差异。这一机制将“电子拓扑转变”与“宏观导电类型翻转”直接关联，为理解压力对量子材料的影响提供了全新范本。
图1. 文章相关数据，包含：样品制备示意图，导电类型反转数据，X射线衍射（XRD）、电子探针（EPMA）、透射电镜（TEM）及第一性原理计算结果。
性能跃升：热电优值提升7倍，机械性能显著强化
实验测量显示，3 GPa回收p型样品ZT值较常压提升近7倍，5 GPa 的n型样品提升约4倍。同样重要的是，维氏硬度和背散射电子衍射（EBSD）表明，在3–4 GPa压力区间，材料同时发生晶粒显著细化，硬度跃升——压力区间与导电翻转区高度重合，说明“电子拓扑转变”触发了“能带–微结构”联级效应，为热电材料协同设计开辟新维度。
产业前景一：热电器件“同材异型”集成，规避兼容性瓶颈
商用热电器件需要p/n配对，但两者在接触电阻、热膨胀、力学匹配上长期难以兼容。本工作天然解决此问题：p端与n端源自同一本征材料，界面兼容性达理论最优。尽管初期手搓器件ZT值（0.2–0.4）低于商业掺杂产品（~1.0），但其实际转换效率（串联后热电势提升）已与市售制冷片相当——证明该方案具备明确的市场化潜力（图2）。
图2. 自制热电器件及商用热电制冷片的性能对比。
产业前景二：半导体工艺的“去掺杂”新范式
当前全球芯片制造高度依赖离子注入——高能离子束、超高真空、高温退火，设备昂贵、流程复杂。而本工作证明：仅通过调控温压路径，即可在同一材料中空间选择性构筑p型与n型区域，无需引入任何异质元素。这是一种“物理驱动、无需化学掺杂”的pn结制备原理验证，有望为半导体制造提供更低成本、更简流程的替代路线，甚至推动定制化、分布式半导体加工成为可能。
该研究成果受到今日头条、搜狐等多家媒体关注并予以报道，进一步扩大了我校基础研究成果的社会影响力（如图）。
更为振奋人心的是，我们的工作被《Nature》编委团队亲自执笔撰写评述“Pressure as a design tool for thermoelectricity in Bi2Te3”，并在顶尖杂志《Nature Reviews Materials》(JCR：1区，影响因子：83.3）高亮报道（如图）。这类由Nature编委专门撰文专题评述的成果，在国内研究中十分难得。
该论文第一完成单位为牡丹江师范学院，研究生：马洪磊、董宇共同一作，郑友进、岳冬辉作为通讯作者。研究工作得到了吉林大学、燕山大学的支持，并得到了黑龙江省自然科学基金等项目的资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s43246-026-01324-5
高亮报道链接：https://www.nature.com/articles/s41578-026-00967-7
