中文摘要：

在低维热电材料研究领域，通常从改变几何结构或组态出发，提高其热电转换效率。本项目尝试采用第一性原理、晶格动力学与蒙特卡洛法研究Si@Ge核壳半导体纳米线在交变磁场、热场、低电场同时作用下的热电输运机理，探索提高热电品质系数的新方法。由于霍尔效应，洛伦磁力使电子径向动能增大，导致由核材料进入壳材料的电子数量增加，直至实现平衡。改变磁场方向，电子获反向加速，建立新的逆向平衡。由于异质材料电子能带结构不同，界面处双向透射率存在差异，从而可通过控制交变磁场的强度与频率来调节其电导率。同时磁场与声子无直接作用，对热导率影响较小，因而可在热导率基本不变的前提下增大电导率及Seebeck系数，以实现核壳半导体纳米线热电转换效率的提高。

结论摘要：

本项目主要研究了Si@Ge与Ge@Si核壳半导体纳米线在交变磁场、热场、低电场同时作用下的热电输运机理。项目执行三年来，在理论探索与实验研究方面都取得了一定的成果。1. 系统地研究了霍尔效应对热电传输的影响，计算结果表明磁场变化频率对电子自由程影响显著，在当电场与磁场强度高于特定值时电子界面透射率显著增高；2.采用晶格动力学方法首先计算了本征Si与本征Ge纳米线的色散曲线以验证模型的正确性，然后计算了Si@Ge与Ge@Si核壳半导体纳米线的色散曲线。通过Green-Kubo解析方法与分子动力学方法分别计算了导热系数，吻合度较好。结果表明核壳纳米线的导热系数与核材料与壳材料的选择有很大关系， 为了得到更小的导热系数应把导热系数较高的材料作为内核材料。此外，核壳纳米线的导热系数随内核直径的减小而减小。3.提出并构建了基于色散谱差异的界面散射计算模型，在界面散射处理中同时考虑了弹性散射与非弹性散射，非弹性散射根据色散谱差异决定散射率， 对异质材料的研究具有一定的通用价值。4.设计了高频交变磁场发生器（频率>1MHz）。