李武研究員課題組在高遷移率和高熱電效能二維資料預測方面取得研究進展

對於電子器件和熱電器件,需要資料具有好的電輸運特性。探索高遷移率和高熱電優值二維資料是當前研究的一個重要方向。李武研究員課題組通過分析單層α-Te的物理特性,認為其會具有很好的熱電效能,並通過第一性原理計算得到驗證。

二維資料由於尺寸的極大减小,在電子設備微型化的當下具有很好的應用潜力,因而受到廣泛關注。對於電子器件和熱電器件,需要資料具有好的電輸運特性。探索高遷移率和高熱電優值二維資料是當前研究的一個重要方向。最近,理論預測了單層α-Te的穩定存在[Zhu et al.,Phys. Rev. Lett. 119,106101(2017)],不同於以往熱電資料多為複雜晶格結構的化合物,單層α-Te為簡單晶格的單元素體系。

李武研究員課題組通過分析單層α-Te的物理特性,認為其會具有很好的熱電效能,並通過第一性原理計算得到驗證。計算發現N型單層α-Te的熱電優值在300-700 K的溫度區間可以達到0.55-1.46;同時,電子遷移率高達2500-630 cm2/Vs。進一步研究發現,由於ZA聲子對電子的散射起主導作用,通過施加應力,ZA聲子由二次關係轉變為線性關係,ZA聲子數極大减少,使得聲子散射作用减弱,電子遷移率和熱電優值都新增。當施加4%的應力時,在300-700 K溫度區間,電子遷移新增到8000-1500 cm2/Vs;熱電優值提高到0.94-2.03,與當前最先進的三維熱電資料相近。

圖:不同應力作用下N型單層α-Te的(左)遷移率和(右)熱電優值

研究結果發表於ACS Applied Materials & Interfaces,標題為“Strain-Induced Ultrahigh Electron Mobility and Thermoelectric Figure of Merit in Monolayerα-Te”。論文第一作者是馬金龍副研究員(現為華中科技大學教師),合作者包括克萊姆森大學(美國)的博士生孟繁臣(共同指導)、Jian He教授,以及鄭州大學的賈瑜教授。研究工作受國家自然科學基金,廣東省自然科學基金和深圳市科創委學科佈局專案資助。

李武研究員2008年以來一直從事熱、電以及熱電輸運的研究工作,通過發展計算方法和開發計算工具,極大地推動了微納尺度傳熱和熱電資料等領域的發展。

論文連結:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c10236

本文標題: 李武研究員課題組在高遷移率和高熱電效能二維資料預測方面取得研究進展
永久網址: https://www.laoziliao.net/doc/1656067618872004
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