熱電材料是一類可將廢熱轉化為電能，或者反過來利用電流冷卻裝置的能量轉換材料。熱電功率因子（σS2）是衡量熱電材料能量轉換效率的指標，熱電功率因子越大表明該材料能量轉換效率越高。實現大的熱電功率因子以進行高效的能量轉換成為熱電領域進一步發展的關鍵障礙。由於塞貝克係數（S）和電導率（σ）之間通常相剋，因此很難同時提高塞貝克係數和電導率。到目前為止，已經使用諸如諧振雜質、能量濾波、能帶收斂和低維化等措施，來提高熱電功率因子。但是，相關報道的熱電功率因子的增加很難超過兩倍。鐵電疇壁是鐵電材料中具有不同取向的極化（疇）區域之間的介面。疇壁的極化不連續性會沿疇的方向產生感應電場，從而將自由電荷載流子限制在這些所謂的帶電疇壁上。在這裡產生的二維（2D）電子氣與塊體材料相比具有顯著不同的特性。

來自愛爾蘭科克大學物理系和廷德爾國家研究院的Ðorđe Dangić 和Ivana Savić教授團隊，基於第一性原理計算方法預測發現，GeTe鐵電疇壁平面具有5倍於塊體材料的巨熱電功率因子。該團隊從電子結構進一步揭示了這種增強的主要原因：1)受限的自由電荷載流子，這是由於介面的極化不連續導致了疇壁費米能級附近電子態局域，從而導致鐵電疇壁處形成束縛電荷；2) 疇壁電子能帶中費米能級附近的範霍夫奇異點。這些直接導致疇壁平面內塞貝克係數獲得了兩倍以上的提高，而電導率沒有顯著的降低。研究結果表明鐵電疇壁在奈米熱電應用中的潛力，如應用於奈米尺度能量的收集和冷卻。另外，疇壁工程以及潛在的鐵電氧化物將可在奈米級提高熱電功率因子方面創造新的機會。

該文近期發表於npj Computational Materials 6: 195 (2020)，英文標題與摘要如下，點選https://www.nature.com/articles/s41524-020-00468-3可以自由獲取論文PDF。

Giant thermoelectric power factor in charged ferroelectric domain walls of GeTe with Van Hove singularities

Ðorđe Dangić, Stephen Fahy & Ivana Savić

Increasing the Seebeck coefficient S in thermoelectric materials usually drastically decreases the electrical conductivity σ, making significant enhancement of the thermoelectric power factor σS2 extremelly challenging. Here we predict, using first-principles calculations, that the extraordinary properties of charged ferroelectric domain walls (DWs) in GeTe enable a five-fold increase of σS2 in the DW plane compared to bulk. The key reasons for this enhancement are the confinement of free charge carriers at the DWs and Van Hove singularities in the DW electronic band structure near the Fermi level. These effects lead to an increased energy dependence of the DW electronic transport properties, resulting in more than a two-fold increase of S with respect to bulk, without considerably degrading the in-plane σ. We propose a design of a nano-thermoelectric device that utilizes the exceptional thermoelectric properties of charged ferroelectric DWs. Our findings should inspire further investigation of ferroelectric DWs as efficient thermoelectric materials.