即使是最省油的汽車，大約60%的汽油總能量也會因排氣管和散熱器中的熱量而損失。為了解決這個問題，研究人員正在開發(fā)新的熱電材料，可以將熱量轉化為電能。這些半導體材料可以將電力再循環(huán)回車輛，并將燃料效率提高多達5%。

挑戰(zhàn)在于，用于廢熱回收的當前熱電材料非常昂貴且開發(fā)耗時。最先進的材料之一，由鉿和鋯(核反應堆中最常用的元素)組合而成，從最初的發(fā)現(xiàn)到優(yōu)化的性能花了15年的時間。

現(xiàn)在，來自哈佛大學約翰·保爾森工程與應用科學學院(SEAS)的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種算法，可以在幾個月內發(fā)現(xiàn)并優(yōu)化這些材料，依賴于求解量子力學方程，而無需任何實驗輸入。

“這些熱電系統(tǒng)非常復雜，”最近任命的SEAS計算材料科學副教授，該論文的高級作者Boris Kozinsky說。“半導體材料需要具有非常特殊的性能才能在該系統(tǒng)中工作，包括高導電性，高熱電勢和低導熱性，以便將所有熱量轉化為電能。我們的目標是找到滿足所有要求的新材料。熱電轉換的重要特性，同時又穩(wěn)定又便宜。“

Kozinsky與馬薩諸塞州劍橋羅伯特博世研究與技術中心的研究工程師Georgy Samsonidze共同撰寫了這項研究，兩位作者都進行了大部分研究。

為了找到這樣的材料，該團隊開發(fā)了一種算法，該算法可以僅基于晶體中使用的化學元素來預測材料的電子傳輸特性。關鍵是簡化電子 - 聲子散射的計算方法，并與現(xiàn)有算法相比將其加速約10,000倍。

新方法和計算篩選結果發(fā)表在Advanced Energy Materials上。

研究人員使用改進的算法篩選出許多可能的晶體結構，包括以前從未合成過的結構。從那些人那里，Kozinsky和Samsonidze將這份名單縮減為幾個有趣的候選人。在這些候選人中，研究人員進行了進一步的計算優(yōu)化，并將最佳表現(xiàn)者送到了實驗團隊。

在早期的努力中，實驗主義者合成了這些計算所提出的最佳候選者，并發(fā)現(xiàn)了一種與以前的熱電材料一樣高效且穩(wěn)定但比便宜10倍的材料。從初次篩選到工作裝置的總時間：15個月。

Kozinsky說：“我們在15個月的計算和實驗中完成了以前材料優(yōu)化需要15年的時間。” “真正令人興奮的是，我們可能還沒有完全理解簡化的程度。我們有可能使這種方法更快，更便宜。”

Kozinsky說，他希望改進新的方法，并用它來探索更廣泛的新奇特材料(如拓撲絕緣體)中的電子傳輸。