具有半導體特性的HH化合物(化學式為XYZ)由于優異的電子性質、穩定性等特點，作為良好的熱電材料備受關注。其電子性質主要得益于高能帶簡并度(N_v)，尤其是價帶通常位于布里淵區的多個高對稱點(N_v^L=4, N_v^W=6)，因而p型能帶簡并的調控得到廣泛研究。導帶通常只位于X點(N_v^X=3)，一般認為很難進行n型能帶簡并，所以目前關于n型能帶簡并的研究較少。

　　為此，張永勝研究員課題組從軌道貢獻的角度出發，通過研究69種HH化合物的軌道相圖發現，雖然HH的導帶底大多位于X點，但具有軌道多樣性(圖1)：一類導帶底主要來源于X原子的d軌道(能量E_X2)，另一類由Y元素的d軌道貢獻(能量E_X3)，E_X2和E_X3的能量很接近時可視為能帶簡并(N_b^X=6)。此外，分析發現E_X2和E_X3的能量差與X和Y原子的價電子數差以及電負性差成線性關系(圖2)，可以通過混合E_X2和E_X3能量差相反的體系實現導帶簡并。基于此，研究人員選擇了VCoSn (E_X2-E_X3=0.3 eV)和TaCoSn (E_X2-E_X3=-0.36 eV)進行混合，當混合比例為0.5時，兩類X點發生簡并，成功驗證了軌道相圖的結果。該研究工作表明通過分析軌道貢獻可以為調控能帶簡并、優化和設計高效 Half-Heusler 熱電材料提供新思路。  

　　以上研究得到了國家自然科學基金項目的資助。

 　　

　　 　　

　　 圖3. (a)VCoSn和(b)TaCoSn的投影能帶結構圖；(c)V_0.5Ta_0.5CoSn的反折疊能帶圖；(d)兩類導帶(X₂和X₃)能量差隨摻雜組分變化示意圖。