对外人来说，科学问题有时看起来就像头发裂开。然而，这些问题往往是至关重要的，就像在材料科学中一样：一种材料的商业用途取决于其性质。一个在很大程度上取决于这种分裂头发的问题是鲍里斯桑格吉奥在他的博士论文中所追求的问题。在ETH教授Nicola Spaldin在材料理论研究所的研究小组中，Sangiorgio使用超级计算机Piz Dant来研究碲化铅(PbTe)在升温时的行为。碲化铅在自然界中以阿尔泰石的形式出现，这是一种硫化物矿物。Altaite可以将热能转化为电能，这意味着它具有热电特性。
热电材料在20世纪60年代在航空航天领域很受欢迎，至今仍在广泛使用；例如，自2012年以来，一种由碲化铅制成的热电发电机为火星漫游者好奇号提供动力。
然而，大约七年前，一项关于碲化铅的研究引发了材料科学家之间的争论。当时，研究人员得出结论，当碲化铅被加热时，就会出现突出现象。简单地说，加热使铅原子在晶体中局部移动，降低了局部对称性。以前，只有相反的过程是已知的：加热导致对称性的增加。
直到斯帕尔丁的研究小组用超级计算机对碲化铅中的这一现象进行了研究，埃幻尼斯的研究才得到很好的理解。模拟结果表明，当矿物被加热时，对称性被局部破坏。然而，当晶体被看作一个整体时，原始的立方对称被保留下来。
为了进行矿物的实际实验，科学家们在ETH材料部的X射线平台上与研究人员合作，使用了一种X射线散射技术，提供了原子晶体结构的高精度可见度。这些试验的结果与模拟结果非常接近，从而证实了模拟结果。然后，研究人员能够在模拟中走得比在实验中更进一步，并发现了碲化铅中显色作用的背后是什么。
模拟结果表明，加热晶体会引起强烈的声光振动。这些振动重叠并耦合在一起，产生了以前从未观察到的现象：由于耦合振动，晶体中形成了相关的偶极子，Pb和Te原子对根据它们的电荷波动和定向。“然而，从整体上看，原子仍然处于高度对称的位置，”Sangiorgio说。保持全局对称性。研究人员怀疑这一过程对于碲化铅的热电行为至关重要。其他材料(所谓的铁电学)也可能如此，它们与碲化铅一样，接近于铁电相变。
Sangiorgio说：“碲化铅的功能很可能是基于电子和结构特性之间的敏感平衡。”了解的局部结构和动力学碲化铅对于科学家解释这种物质的行为是必不可少的。这些发现将帮助他们创造或发现更有效率的东西。热电材料在未来。热电材料不仅对航空航天研究有兴趣，还有助于更有效地利用焚化厂或汽车产生的余热发电。
利用像原子一样薄的一维纳米材料可以更有效地将余热转化为电能-这为产生可持续能源开辟了一条新的途径-这要归功于沃里克大学的新研究。
由沃里克物理系的安德里杰·瓦里延科、塞缪尔·马克斯、杰里米·斯隆和大卫·奎格利领导，他们与剑桥大学和伯明翰大学合作，发现最有效的热电装置材料可以通过将它们塑造成尽可能薄的纳米线来实现。
热电材料收集余热并将其转化为电能-而且非常受欢迎-作为一种可再生和无害环境的能源。
“与三维材料相比，孤立的纳米线同时传递更少的热量和更多的电。这些独特的特性在一维材料中产生了前所未有的热-电转换效率.
研究人员包括伯明翰大学(University Of Birmingham)的安德鲁·J·莫里斯(Andrew J.Morris)博士，他们正在研究碲化锡在极窄碳纳米管中的结晶，这些纳米管被用作这些材料最低维形态的模板。
在一项理论与实验相结合的研究中，他们不仅能够建立模板的大小与纳米线的结构之间的直接关系，而且还能够演示这种技术如何被用来调节热电效率。碲化锡形成成纳米线直径为1-2个原子。
这为创造新一代热电发电机提供了机会，也为探索丰富且无毒的化学元素中的热电材料提供了机会。
随着对微型化和提高热电效率的需求不断增加，纳米结构为瞄准这两个目标提供了一条可行的途径。
