精准描述电子在外部电场和热场作用下的输运行为，是材料科学领域的一个核心科学问题。对功能半导体材料而言，能带论是描述其电子输运行为的最基础理论。通过分析电子能量与动量之间的依赖关系，就可以得到材料宏观上的导电、导热属性。长期以来，“抛物带模型”被广泛应用来简化电子输运的理论描述。这一模型考虑电子的能量与动量之间遵循理想的抛物线关系，既符合自由电子近似，也符合牛顿经典力学规律。在常规的轻掺杂功能半导体中，抛物带模型不仅成功构建了材料微观量子属性与宏观输运性质之间清晰的物理图景，还为材料设计提供了有力的理论指导。然而，研究表明，对于热电半导体材料，经典的抛物带模型存在显著的局限性。
通过对比典型热电半导体材料中塞贝克系数随电子浓度变化的实验结果与抛物带模型的理论预测，研究者发现二者之间存在明显的系统性偏差。当考虑能带的非抛物性后，实验结果才能与模型预测匹配。进一步研究表明，材料的塞贝克系数和洛伦兹常数对于能带结构的非抛物性具有高度敏感性。即使是在轻掺杂的本征热电半导体中，未填充导带深处的非抛物性特征仍能显著影响材料的宏观性能，从而导致基于经典抛物带模型建立的半经验公式出现系统性偏差。
在此基础上，研究者提出了一个用于量化能带非抛物性强度的特征参数，并据此对经典抛物带模型进行了修正，从而有效弥补传统模型在热电输运参数预测中的不足。这项研究不仅显著提升了对热电材料电子热导率及其他关键热电参数的预测精度，也为功能半导体材料的能带工程设计提供了新的研究维度。相关研究成果已发表于《国家科学评论》（National Science Review）杂志。
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Revisiting thermoelectric transport properties through a band nonparabolicity factor
https://doi.org/10.1093/nsr/nwaf216
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