层状过渡金属硫属化合物因其独特的电子结构,具有丰富的物理性质。其中,过渡金属五碲化物ZrTe5和HfTe5晶体由于具有较大的塞贝克系数和电导率在热电领域具有潜在的应用,但是其热导率偏高,限制了热电性能的进一步提升,有待进一步优化热导率。此外,理论预言ZrTe5和HfTe5是拓扑绝缘体材料,同时具有异常的电阻温度依赖关系,分别在150 K和80 K附近表现出金属-绝缘体转变现象,这些特殊输运性质的起因一直存在争议。本论文采用不同生长方法和条件生长了ZrTe5和HfTe5晶体,对其热输运和电输运性能展开研究,以期降低热导率,优化热电性能,并分析输运性质背后的物理机制。主要研究内容包括:1.热输运性质的研究:本论文分别采用化学气相输运法和助熔剂法生长了具有不同微结构的ZrTe5和HfTe5单晶,从生长机制角度研究不同微结构的来源。同时采用时域热反射法表征了具有不同微结构的ZrTe5和HfTe5单晶的b-方向的热导率,结果表明:化学气相输运法制备的晶体样品具有极低热导率,比理论值低一个数量级,而助熔剂法生长的ZrTe5晶体的热导率是气相生长的ZrTe5晶体的3倍多。结合唯象热导率计算和变温拉曼图谱拟合分析,发现气相输运法生长的ZrTe5和HfTe5的特殊微结构提高了声子散射概率,导致了极限声子平均自由程,从而引起了晶体的极低热导率。2.电输运性质的研究:分析ZrTe5晶体不同磁场下的电阻率曲线和霍尔电阻率,发现在发生金属-绝缘体转变现象时主要载流子类型从电子变为空穴。通过掺杂生长以及调整助熔剂和原料的比例,制备了具有不同转变温度的晶体样品,以研究不同生长方法和条件对晶体电输运性质的影响。分析表明电阻异常峰的起源可能是晶体生长过程引入的Te缺陷,电阻率异常峰温度的不同来自于缺陷浓度的差异。此外磁电阻测试显示,不同电阻率异常峰温度的样品均表现出巨大磁阻效应,结合霍尔电阻率的分析表明极大的磁电阻值可能是由电子和空穴共存以及高载流子迁移率引起的。各向异性的磁电阻测试显示,ZrTe5和HfTe5晶体的磁阻效应仅与垂直磁场的分量相关,说明它们具有二维输运特性。本论文生长了具有特殊微结构的ZrTe5和HfTe5晶体,实现了晶体热导率的降低,并分析了低热导率的来源,为提高热电材料的性能提供一种新的思路。同时初步揭示了ZrTe5和HfTe5晶体异常输运现象的起因,研究了其各向异性磁阻效应,发现了其二维输运特性,为进一步的器件应用研发提供了实验基础。