超高壓力條件下物質的導熱機理及其導熱性能的壓力依存性對地球溫度場的熱演化、磁場的形成，高性能半導體功能材料的合成及高溫超導機理的揭示等具有重要的意義。近期，我院唐大偉教授課題組采用第一性原理結合聲子玻爾茲曼輸運方程的方法系統研究了超高壓力條件下寬帶隙半導體材料、熱電功能材料的高壓熱輸運特性，取得了一系列研究成果。

在超高壓力條件下寬帶隙半導體材料熱輸運機理研究方面：（1）研究發現，氧化鋅、氮化鎵和氮化鋁在高壓下由纖鋅礦結構相變為巖鹽礦結構，晶格非簡諧振動增強使其高壓相晶格熱導率較常壓相分別降低了73%、91%和66%。計算還發現三種材料在結構相變前的熱導率具有反常的壓力依存性：氧化鋅和氮化鎵的熱導率隨壓力升高而先增加后減小，呈現非單調關系；氮化鋁的熱導率則隨壓力升高而單調增加。聲子模式分析揭示了增大的群速度和降低的聲子馳豫時間之間的競爭機制是導致熱導率呈現反常壓力依存性的原因。（2）半導體砷化鎵在高壓下發生金屬化相變，相變后晶格熱導率顯著下降，電子熱導率在總熱導率中占主導地位，金屬相砷化鎵的聲子平均自由程低于半導體相砷化鎵的聲子平均自由程，半導體相和金屬相砷化鎵晶格熱導率都隨壓力的升高而增大。

圖1典型寬帶隙半導體材料晶格熱導率的壓力依存性：(a) ZnO，(b) GaN，(c) AlN和(d) GaAs

在超高壓力條件下硒化鍺熱電性能調控方面：研究發現，硒化鍺晶格熱導率的壓力依存性具有顯著的各向異性，層間方向和層內armchair方向的晶格熱導率隨壓力升高而增大，而層內zigzag方向晶格熱導率則隨壓力升高而減小。高壓下，硒化鍺晶體的電子帶隙和能帶有效質量減小，電導率大幅提升。在8 GPa和700 K的條件下，層間方向、層內armchair以及zigzag方向的熱電優值達到1.54、1.09和1.01，分別比常壓熱電優值提高了14、7.3和1.9倍。

圖2硒化鍺聲子輸運性質及熱電優值：(a)晶格熱導率，(b)聲子馳豫時間，(c)電子密度擾動，(d )熱電優值。

相關研究成果發表在Physical Review B [98(14): 144303, 2018]、Physical Chemistry Chemical Physics [20(48): 30331-30339, 2018]和Scientific Reports[9:9490, 2019]。

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