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，相关成果发表于《Communications Materials》（JCR：1区，影响因子：9.1，Nature子刊）。该成果被材料领域顶级综述期刊《Nature Reviews Materials》高亮报道，并被多家新闻媒体报道。

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（半导体p/n结）制备，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。

结合XRD、电子探针、透射电镜及第一性原理计算（图1），实验证实：Bi₂Te₃在1-5 GPa并无结构相变，而是压力驱动电子拓扑转变；同时，高压诱发局域元素偏析，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。

产业前景一：热电器件集成，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值低于商业产品，但其实际转换效率已经与市售制冷片相当——证明该方案具备明确市场化潜力（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p/n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。

该研究受到今日头条、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。

更为振奋人心的是，相关工作被《Nature》编委团队亲自执笔撰写评述，并在顶尖杂志《Nature Reviews Materials》（JCR：1区，影响因子：83.3）高亮报道。

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

来源：物理与电子工程学院

编辑：朱晓琳

审核：林雅峥