压电换能技术能够直接实现机械能与电能的转换，被广泛应用于传感、声学、成像、驱动及能量采集等领域。然而，传统研究主要集中于宽禁带（Eg>2.0eV）和低电导率的陶瓷或单晶材料，窄禁带半导体材料由于其高电导率不利于有效电荷积累，因而极少被关注。半赫斯勒材料作为一种电子结构丰富的体系，近年来被广泛应用于热电、磁性、拓扑绝缘体、自旋电子、超导与催化等领域，但其压电效应的研究尚属空白。

2012年，美国科学院院士David Vanderbilt团队通过第一性原理计算预言，半赫斯勒窄带半导体材料具有压电潜力，并提出通过高质量单晶生长有望实现实验观测。然而，由于其高电导率（室温电导率可达10³~10⁵ S/m）以及本征缺陷的存在，传统测试手段难以直接观测其压电响应。此外，半赫斯勒材料的研究以多晶体为主，高质量单晶的制备技术发展缓慢，这进一步增加了实验难度。尽管理论研究陆续支持该体系具有压电效应的预测，但过去十余年间仍未见相关实验报道。

浙江大学材料科学与工程学院朱铁军教授团队在半赫斯勒材料研究方面深耕多年，尤其在高质量单晶生长领域取得显著突破。团队近日首次观测到TiNiSn、ZrNiSn、TiCoSb三种半赫斯勒窄禁带半导体材料的压电效应，并制备出基于TiCoSb-[111]切型晶片的原型压电器件。实验结果显示，该器件在不同外加应力条件下均能稳定地产生电压响应，并成功实现为电容器充电的功能演示。这项研究表明，半赫斯勒窄带半导体材料在压电领域具有潜在应用价值，为多功能电子器件的开发提供了新的方向。相关成果以《Piezoelectricity in Half-Heusler Narrow Bandgap Semiconductors》为题，发表在《科学》期刊上（https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads9584）。

为测定压电系数，研究团队制备了TiNiSn、ZrNiSn、TiCoSb的[111]切型晶片，并通过准静态压电常数测试方法获取其垂直压电应变常数。结合剪切压电应变系数d14与垂直压电应变常数的数学关系，首次实验确定了三种材料的剪切压电系数：TiNiSn为8 pC/N，ZrNiSn为38 pC/N，TiCoSb为33 pC/N。尤其是ZrNiSn和TiCoSb的系数高于许多传统宽禁带压电材料，如SiO₂和GaSb。

团队研发的基于TiCoSb-[111]切型晶片的压电器件展示了卓越的性能：不仅在施力大小和持续时间变化条件下表现出稳定的电压响应，还能连续为电容器充电。值得一提的是，器件在室温至1173K的范围内展现出良好的热稳定性，其压电响应在高温环境下依然保持稳定。这种稳定性为半赫斯勒材料在严苛条件下的压电应用提供了有力保障。

传统压电材料的压电效应主要来源于离子位移，而窄禁带半导体的压电效应可能具有不同的物理机制，这为新型压电材料的设计提供了启示。此外，窄禁带半导体材料通常伴随显著的光电和热电效应，能够实现压电-光电、压电-热电等多功能效应的协同应用。例如，将压电与热电效应结合，可以为下一代智能传感器和能量采集器件提供新的解决方案。

半赫斯勒材料的压电效应首次在实验中得到验证，不仅填补了理论预言与实验研究之间的空白，还拓展了窄禁带半导体材料的应用范围。凭借其稳定的压电性能和高温适应能力，这一发现为压电材料领域注入了新的活力。未来，结合光电、热电等特性开发多功能集成器件，将为传感、能源转换和智能电子领域带来更多可能性。