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为解决铜苯六硫醇（CuBHT）电荷传输特性不一致、相关物理机制不明等问题，研究人员对高质量 CuBHT 导电配位纳米片薄膜开展研究。通过测量多种热电和磁输运系数，发现其具有双极传输特性，该研究有助于理解电荷传输并优化热电性能。
在材料科学领域，二维（2D）材料的研究一直备受关注。自石墨烯被发现以来，众多具有类似扩展 π 共轭结构的二维材料走进科研人员的视野，配位纳米片（CONASHs）就是其中之一。基于 π 共轭配体的 CONASHs 在电荷传输领域展现出巨大潜力，有望应用于晶体管、传感器及储能系统等电子器件的开发。
然而，作为该领域的基准材料，铜苯六硫醇（CuBHT）却存在诸多待解之谜。不同研究小组对其电荷传输特性的报道存在差异，比如塞贝克系数（Seebeck coefficient，S）的正负不一，电导率数值也不尽相同，而且从观测到的金属电导率中分离出电荷密度和载流子迁移率的贡献颇具挑战，传统用于提取迁移率的场效应晶体管测量方法也不适用于 CuBHT 这种具有高体载流子密度的材料，此前也未有关其霍尔效应测量的报道。这些问题严重阻碍了对 CuBHT 电荷传输物理机制的深入理解，也限制了其在实际应用中的进一步发展，因此开展系统研究迫在眉睫。
为了揭开 CuBHT 电荷传输的神秘面纱，研究人员开展了一系列深入研究。他们通过测量基于 CuBHT 的高质量导电配位纳米片薄膜的多种热电和磁输运系数，试图全面了解其电荷传输特性。研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上，为该领域的发展提供了重要参考。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。结构和光谱表征方面，利用掠入射广角 X 射线散射（GIWAXS）、扫描电子显微镜（SEM）、能量色散 X 射线光谱（EDS）、X 射线光电子能谱（XPS）等技术对 CuBHT 薄膜的微观结构和化学组成进行分析。磁输运和热电测量则借助量子设计物理性质测量系统（PPMS），分别测定薄膜的电阻率、霍尔效应、磁电阻（MR）以及塞贝克系数、能斯特系数（Nernst coefficient，υ） 。此外，还通过密度泛函理论（DFT）计算对薄膜的电子结构和传输系数进行理论分析。
下面来看具体的研究结果：
- 晶体结构和化学分析：采用液 - 液界面法制备 CuBHT 薄膜，对其进行微观结构和化学组成分析。SEM 图像显示薄膜由二维片状晶体组成，GIWAXS 和 XRD 分析表明薄膜具有特定的晶格间距和晶体取向，化学分析证实薄膜化学组成符合预期，且 Cu 处于Cu1+状态，这些都表明制备的 CuBHT 薄膜质量良好，为后续研究提供了可靠样本。
- 电荷传输特性：利用多功能霍尔条器件研究 CuBHT 的电导率（σ） 。发现其在较宽温度范围内呈金属性，温度降低电导率升高，但低于 15 K 时电导率反常下降。通过 MR 测量分析，确定这种反常下降源于二维弱局域化（2D WL）和电子 - 电子相互作用（EEI）的共同作用。霍尔效应测量首次在 CuBHT 中观测到清晰的霍尔信号，霍尔系数（RH）在 100 K 左右变号，表明其存在双极传输特性。塞贝克系数测量显示，温度高于 180 K 时S为正（p 型），低于该温度时变负（n 型），进一步证明了双极传输特性。能斯特效应测量中，υ随温度降低逐渐减小且出现峰值，该峰值与RH接近 0 的温度点一致，再次确认了 CuBHT 的双极传输特性，同时表明其迁移率的能量依赖性为负（dμ/dE<0）。
- 两载流子分析：鉴于上述实验结果表明 CuBHT 是双极传输系统，研究人员构建了一个简单的两带模型来提取电子和空穴的密度及迁移率。通过该模型结合实验数据计算得出，电子和空穴的迁移率约为5cm2V?1s?1 ，载流子密度约为1021cm?3 ，且在较宽温度范围内对导电的贡献相近。同时，电子和空穴的浓度及迁移率随温度呈现不同变化趋势，这可能与费米能级的统计移动、结构变化以及外在缺陷等因素有关。此外，理论计算的能带结构也支持了实验结论，多个能带在费米能级处交叉，表明电子和空穴口袋共存，计算得到的传输系数与实验观测值相符。
综合上述研究，研究人员得出结论：CuBHT 薄膜在室温下具有高电导率，在较宽温度范围内呈现金属性传输，但低温下受 2D WL 和 EEI 影响电导率下降。温度相关的霍尔效应、塞贝克效应和能斯特效应测量明确显示其具有双极传输行为，两载流子分析揭示了电子和空穴传导贡献相似。这一研究成果意义重大，它为准确理解 CuBHT 的电荷传输物理机制提供了关键信息，强调了在研究导电配位聚合物时测量多种传输系数的重要性，有助于获取可靠的载流子参数，为优化这类材料的热电传输系数提供了策略，推动了配位纳米片在电子器件领域的应用研究进程。
