Belastungseffekt auf die thermoelektrische Leistung einer InSe-Monoschicht

Einführung

Zweidimensionale (2D) Halbleitermaterialien haben seit der Entdeckung von Graphen die Aufmerksamkeit der Forscher auf ihre faszinierenden Eigenschaften und ihre nützliche Anwendung gelenkt. Insbesondere die Familie der zweidimensionalen Metallchalkogenide hat aufgrund ihrer außergewöhnlichen elektronischen, optischen und mechanischen Eigenschaften großes Potenzial in der Nanoelektronik und Nanophotonik gezeigt [1,2,3,4]. In letzter Zeit ist Indiumselenid (InSe), eine geschichtete Metall-Chalkogenid-Verbindung der III-VI-Gruppe, sowohl experimentell als auch theoretisch von großem Interesse. Es wurde berichtet, dass die Atomschicht von InSe erfolgreich durch physikalische [5,6,7,8,9,10] und chemische Methoden [11,12,13,14] und die Anwendung von InSe-Nanoblättern auf Sensoren [15] synthetisiert wurde. , Optoelektronik und Photodetektoren wurden erforscht. Srinivasaet al. berichteten über die Herstellung von mehrlagigen InSe-Photodetektoren mit hoher Empfindlichkeit und einer breiten spektralen Detektion vom sichtbaren bis zum nahen Infrarotbereich [6]. Bandurinet al. fanden ein hochwertiges zweidimensionales Elektronengas in mehrlagigem InSe mit den Ladungsträgerbeweglichkeiten von 10 ³ und 10 ⁴ cm ² /Vs bei Raumtemperatur und flüssigem Helium [16]. Weiet al. entdeckte Back-Gate-Mehrschicht-InSe-FETs zeigen eine ultrahohe Ladungsträgerbeweglichkeit von bis zu 1055 cm ² /Vs bei Raumtemperatur aufgrund unterdrückter Ladungsträgerstreuung vom dielektrischen Substrat [5].

2D-InSe hat eine eher ungewöhnliche Bandstruktur, die eine Kombination aus einem flachen Band am oberen Ende des Valenzbandes und einem parabolischen Band am unteren Ende des Leitungsbandes ist und somit hohe thermoelektrische Eigenschaften aufweist [17]. Insbesondere kann die thermoelektrische Leistung durch die dimensionslose Gütezahl ZT . beschrieben werden , definiert als ZT =S ² Tσ/ (Κ _e + Κ _l ), wobei S ist der Seebeck effizient, T ist die absolute Temperatur, σ die elektrische Leitfähigkeit ist und Κ _e und die Κ _l sind die Wärmeleitfähigkeit mit den Beiträgen von Elektronenträgern bzw. Gitter. Die Wärmeleitfähigkeit des Gitters K _l Die für den Phononentransport relevante Eigenschaft spielt eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der thermoelektrischen Leistung. Der zuvor gemeldete K _l der InSe-Monoschicht ist viel niedriger als die von Graphen, während sie zehnmal so viel wie die von SnSe-Schichten war [18, 19].

Die hohe Elektronenbeweglichkeit und die geringe Wärmeleitfähigkeit wirken sich positiv auf die thermoelektrische Leistung aus. Außerdem weist einschichtiges InSe eine überlegene mechanische Flexibilität auf, und die elektronischen Eigenschaften können durch moderate Dehnung in einem weiten Bereich kontinuierlich moduliert werden [20,21,22]. Es wurde gezeigt, dass der thermoelektrische Leistungsfaktor von Monolayer-InSe durch Bandkonvergenz unter einer Druckspannung signifikant erhöht werden kann [23]. Bei thermoelektrischen Materialien kann die Zugspannung auch eine Variation der Bandstruktur und der Wärmetransporteigenschaften bewirken. Die Abhängigkeit der Wärmetransporteigenschaften von der Dehnung ist jedoch unvorhersehbar und hängt eng mit dem jeweiligen Material und der Kristallstruktur zusammen. In diesem Artikel wird die vorliegende Arbeit zum biaxialen Zugspannungseffekt für die thermoelektrische Leistung von InSe-Monoschichten durch Berechnungen nach dem ersten Prinzip, einschließlich elektronischer und Phononentransporteigenschaften, durchgeführt. Aufgrund der erhöhten anharmonischen Streuung wird der positive Einfluss der Zugspannung auf die thermoelektrische Leistung der InSe-Monoschicht bestimmt.

Methode

Die Berechnung der strukturellen und elektronischen Eigenschaften für InSe-Monoschichten erfolgt auf der Grundlage der Dichtefunktionaltheorie (DFT), wie sie im Vienna Ab-initio-Simulationspaket (VASP) implementiert ist [24,25,26]. Für das Austauschkorrelationsfunktional haben wir das Projektor-Augmented-Wave-Verfahren mit der Local Density Approximation (LDA) [27,28,29] gewählt. Und 12 Å Vakuum entlang der z -axis wird verwendet, um die Interaktion zwischen periodischen Bildern von Platten zu vermeiden. Die 21 × 21 × 1 und 31 × 31 × 1 Monkhorst-Pack k-Meshes wurden während der Strukturrelaxation und elektronischen Strukturrechnungen für die Elementarzelle verwendet. Der Energiegrenzwert der ebenen Wellenbasis wurde auf 500 eV eingestellt. Das Konvergenzkriterium für eine Gesamtenergie wurde als 10 ⁻⁴ . festgelegt eV, und alle atomaren Positionen und Gitterstrukturen wurden mit einer Krafttoleranz von 10 ⁻³ . vollständig entspannt eV/Å.

Die thermoelektrischen Transporteigenschaften können innerhalb der konstanten Relaxationszeit-Approximation durch die Boltzmann-Theorie erhalten werden, wie sie im BoltzTraP-Programm implementiert ist [30, 31]. Innerhalb dieser Näherung können die elektronischen Transportkoeffizienten angegeben werden durch

wobei Ω das Volumen der Elementarzelle ist, f _μ die Fermi-Dirac-Verteilungsfunktion ist und α und β sind Tensorindizes. Die Transportverteilungsfunktion ∑_αβ (ε ) ist gegeben durch

wo N ₀ gibt die Anzahl der q . an Punkte abgetastet, i ist der Bandindex, v die Gruppengeschwindigkeit von Trägern ist und τ ist die Entspannungszeit.

Das ShengBTE-Paket [32] wird verwendet, um die Phononen-Boltzmann-Transportgleichung zu lösen und die Gitterthermo- und andere relevante Parameter zu bestimmen. Eine 5 × 5 × 1-Superzelle wird verwendet, um die harmonischen interatomaren Kraftkonstanten unter Verwendung der Dichtefunktionalstörungstheorie (DFPT) zu berechnen [33]. Und die Finite-Differenzen-Methode wird verwendet, um anharmonische interatomare Kraftkonstanten mit einer 4 × 4 × 1-Superzelle zu berechnen [34]. Das Phononenspektrum wurde mit dem Phonopy-Programm berechnet [35].

Ergebnis und Diskussion

Monolayer InSe ist ein vierfach atomares Blatt mit kovalenter Bindung von Se-In-In-Se in einer Schicht. In der Draufsicht zeigt die Monoschicht ein Wabengitter, und jedes Se-Atom ist mit anderen drei In-Atomen verbunden, wie in Abb. 1a gezeigt. Aufgrund der Minimierung der Gesamtenergie werden die Gitterparameter dieses Kristalls zu a . berechnet ₀ =3,95 . In diesem Artikel verwenden wir die biaxiale Spannung auf einschichtigem InSe, um die Kristallsymmetrie aufrechtzuerhalten, indem wir seine Gitter als δ . ändern =(a −a ₀ )/a ₀ × 100 %, wobei a und a ₀ sind die Gitterkonstanten von Monolayer-InSe mit Spannung bzw. ohne Spannung. Wenn die biaxiale Zugspannung auf das Monolayer-InSe ausgeübt wird, beträgt die Bindungslänge d _InSe steigen monoton mit zunehmender Spannung an, was zu einem zunehmenden Bindungswinkel von In-Se-In führt (siehe Abb. 1b).

a Draufsicht und Seitenansicht von einschichtigem InSe. Rosa und grüne Kugeln repräsentieren In- bzw. Se-Atome. b Die Variation von Bindungslänge und Bindungswinkel mit der Zunahme der biaxialen Zugspannung. Das grundlegende a ₀ × a ₀ Elementarzelle und x × y Superzellen der InSe-Monoschicht sind mit roten bzw. blauen gestrichelten Linien gekennzeichnet

Die InSe-Monoschicht weist einen indirekten Halbleiter mit der Bandlücke von 1,67 eV auf, wobei das Leitungsbandminimum (CBM) am Г-Punkt und Valenzbandmaximum (VBM)-Stellen zwischen Г und K-Punkt existiert, wie in Abb. 2a gezeigt. Das Valenzband der InSe-Monoschicht weist eine mexikanische Hutdispersion auf, die auch in vielen zweidimensionalen Materialien zu finden ist [36,37,38,39]. Die Bandstrukturmodifikation als Reaktion auf Zugspannung wurde in Fig. 2 untersucht, und die drei Leitungsband-Extrema sind mit den Symbolen I, II bzw. III bezeichnet. Bei einer Zugbelastung ist das energieärmste Leitungsband belastungsempfindlich und verschiebt sich nach unten, während das Valenzband nahezu konstant bleibt, wodurch sich die Bandlücke verringert. Ohne Dehnung gibt es winzige Unterschiede zwischen dem zweiten und dritten Leitungsbandminimum, und die Bandtäler neigen zur Konvergenz. Mit zunehmender Zugspannung nimmt die Energiedifferenz jedoch allmählich zu. Wir haben auch die Bandlücken unter verschiedenen Belastungen mit entsprechenden theoretischen und experimentellen Ergebnissen verglichen, wie in Zusatzdatei 1:Tabelle S2 beschrieben.

Bandstruktur einer InSe-Monoschicht unter verschiedenen Dehnungsbedingungen

Auswirkung der Zugspannung auf die thermoelektrischen Transportkoeffizienten

Auf Basis der berechneten elektronischen Struktur führen wir thermoelektrische Transportkoeffizientenberechnungen nach der semiklassischen Boltzmann-Theorie durch. In Bezug auf die Streuzeit τ , Seebeck-Koeffizient S , und elektrische Leitfähigkeit σ berechnet werden kann. Abbildung 3a zeigt den berechneten Seebeck-Koeffizienten als Funktion des Fermi-Niveaus. Der Einfachheit halber wird oft angenommen, dass die Bandstruktur durch Dotierung bei endlichen Temperaturen unverändert bleibt [40, 41] und der Dotierungseffekt auf den thermoelektrischen Transportkoeffizienten kann durch die Variation der Position des Fermi-Niveaus erhalten werden. Ein negatives ε _f zeigt eine p-Dotierung durch Verschieben des Fermi-Niveaus in das Valenzband an, und der positive Seebeck-Koeffizient kann erhalten werden. Ebenso ein positives ε _f ergab einen negativen Seebeck-Koeffizienten. Wir können feststellen, dass das erhaltene Ergebnis ohne Dehnung dem vorherigen Bericht sehr nahe kommt [17], und das Maximum des Seebeck-Koeffizienten nimmt mit zunehmender Zugdehnung ab, was mit der Änderung der Bandlücke zusammenhängt [42].

a Seebeck-Koeffizient, b elektrische Leitfähigkeit, c elektronische Wärmeleitfähigkeit, d Leistungsfaktor der Monoschicht InSe als Funktion des chemischen Potentials bei 300 K, wenn die unterschiedliche biaxiale Belastung angewendet wird

Zur Berechnung der elektrischen Leitfähigkeit σ , Entspannungszeit τ ist erforderlich, da die Ausgabe σ . ist /τ im BoltzTraP-Code. Hierin, τ wird bestimmt durch

wobei μ ist Trägermobilität und m * ist die effektive Masse. In der Deformationspotentialtheorie kann die Trägermobilität in 2D-Materialien berechnet werden durch [43, 44]

Hier, e die Elektronenladung, ℏ die Planck-Konstante und k _B ist die Boltzmann-Konstante. C stellt den Elastizitätsmodul dar und kann berechnet werden durch C =(∂ ² E /∂δ ² )/S ₀ , wobei E , δ , und S ₀ sind die Gesamtenergie, die angelegte Dehnung bzw. die Gleichgewichtsfläche für das 2D-System. E ₁ ist die Verformungspotentialkonstante, dargestellt als E ₁ = ΔE _Kante /Δδ , wobei ΔE _Kante ist die Energieänderung von Bandkanten. m _d ist die durchschnittliche effektive Masse, abgeleitet aus \( {m}_d=\sqrt{m_x^{\ast }{m}_y^{\ast }} \). Um die Mobilität zu berechnen, wird ein rechteckiges x × y Superzelle wird wie in Fig. 1a gezeigt angenommen. Der erhaltene Wert von C entlang x (y ) Richtung ist 60,43 N/m (53,68 N/m), die durch Anpassen der Kurve der Energie-Dehnungs-Beziehung erhalten wird, wie in Zusatzdatei 1:Abbildung S1 gezeigt. Das berechnete Verformungspotential E ₁ ist 6.13 eV (6.14 eV) für das Elektron entlang x (y ) Richtung und 3,45 eV (3,33 eV) für das Loch entlang x (y ) Richtung. Die berechneten Ergebnisse der effektiven Masse, der Ladungsträgermobilität und der Relaxationszeit für einlagiges InSe unter unterschiedlichen Belastungen sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Wir können feststellen, dass die Unterschiede bei verschiedenen Richtungen gering sind, und die effektive Ladungsträgermasse und -beweglichkeit sind im Allgemeinen isotrop. Daher verwenden wir den Durchschnittswert von x und y Anweisungen, um die thermoelektrische Leistung später zu bewerten. Die effektiven Lochmassen werden durch die angelegte Spannung erhöht, während die effektiven Massen für das Elektron fast unverändert bleiben. Mit der berechneten Relaxationszeit kann in Abb. 3b die elektrische Leitfähigkeit bei einem gegebenen chemischen Potential ermittelt werden. Es ist ersichtlich, dass die elektrische Leitfähigkeit σ mit zunehmender Zugspannung in einem stark dotierten p-Typ-System aufgrund der Erhöhung der Lochbeweglichkeit zunehmen, während σ bleibt bei niedrigem Dotierungsniveau relativ niedrig. Darüber hinaus hält der Trend der elektronischen Wärmeleitfähigkeit mit der elektrischen Leitfähigkeit durch das Wiedemann-Franz-Gesetz:K _e =LσT in Abb. 3c, wobei L ist die Lorenz-Zahl. Der Leistungsfaktor kann erhalten werden durch PF =S ² σ /τ , die bestimmt, wie viel Strom erzeugt werden kann. In Anbetracht des umfassenden Trends des Seebeck-Koeffizienten und der elektrischen Leitfähigkeit reduziert die Zugspannung den Leistungsfaktor leicht, wie in Abb. 3d zu sehen ist.

Auswirkung der Zugspannung auf Κ _l

In Metallen sind Elektronen für Wärmeträger verantwortlich, während in Halbleitern und dielektrischen Festkörpern, wo Dotierung und Temperatur nicht sehr hoch sind, Gitterschwingungen der Hauptgrund für den Energietransport sein werden [45]. Die Wärmeleitfähigkeit des Gitters ist ein sehr wichtiger Parameter für thermoelektrische Anwendungen. Aus theoretischer Sicht und in einfacher Näherung ist die Gitterwärmeleitfähigkeit Κ _l kann wie folgt ausgedrückt werden [46,47,48]:

wobei C _λ , v _λ , und V sind spezifischer Wärmebeitrag, Phononengruppengeschwindigkeit bzw. Kristallvolumen. τ _λ ist die Relaxationszeit der Mode λ, die mit der Matthiessen-Regel [49] abgeschätzt werden kann:

wobei \( \frac{1}{\tau_{\uplambda}^b} \) die Randstreurate ist, \( \frac{1}{\tau_{\uplambda}^{\mathrm{iso}}} \ ) ist die Streurate der isotropen Verunreinigung und \( \kern0.1em \frac{1}{\tau_{\uplambda}^{3\mathrm{ph}}} \) ist die Drei-Phononen-Streurate.

Abbildung 4a zeigt Κ _l Variation von Monolayer-InSe mit der Temperatur unter unterschiedlicher Belastung. Die Gitterwärmeleitfähigkeit im dehnungsfreien Fall beträgt 25,9 W/mK bei Raumtemperatur, vergleichbar mit dem vorherigen Bericht [19]. Wenn die angelegte Dehnung auf 6% erhöht wird, sinkt die Wärmeleitfähigkeit des Gitters auf 13,1 W/mK, was bestätigt, dass die Dehnungstechnik eine sehr effiziente Methode zur Modifikation der Wärmeleitfähigkeit des Gitters ist. Wir tragen die entsprechende Phononen-Dispersionskurve der InSe-Monoschicht für verschiedene Dehnungen in Abb. 4c auf, um den Ursprung der Reduktion der Wärmeleitfähigkeit des Gitters zu bestimmen. Es enthält 12 Phononenmoden, da das Monolayer-InSe eine Elementarzelle aus vier Atomen hat. Es gibt keine negative Frequenz in Phononenspektren, was bestätigt, dass die InSe-Monoschicht thermisch stabil ist. Drei Zweige beginnend bei 0 im niederenergetischen Bereich der Phononendispersionskurve sind z -Achsen-Akustik (ZA), Längs-Akustik (LA) bzw. Quer-Akustik (TA), und die anderen sind optische Moden. Mit zunehmender Zugspannung ändert sich die quadratische Natur der ZA-Mode im niederenergetischen Bereich fast in eine gerade Linie. Der Abwärtstrend der Frequenz optischer Moden ist unter Zugbelastung zu beobachten, da Zugbelastung die Bindungen schwächt und dann zu niedrigeren Frequenzen führt. Wir diskutieren auch den Beitrag jedes Phononenzweigs zu Κ _l für das nicht gedehnte und 6% gedehnte Monolayer-InSe in Fig. 4b. Für den spannungsfreien Zustand trägt der ZA-Modus erheblich zum Transportieren von Wärme bei, und wenn 6% Zugspannung auf einschichtiges InSe ausgeübt wird, wird der relative Beitrag des ZA-Modus von 58 auf 38% verringert. Wenn die Zugspannung zunimmt, wird der ZA-Modus härter, was zu einem geringeren Beitrag zu Κ . führt _l .

a Berechnete biaxiale Dehnungseffekte auf die Wärmeleitfähigkeit des Gitters bei verschiedenen Temperaturen. b Beitrag der ZA, TA, LA und aller optischen Zweige zur Gitterwärmeleitfähigkeit für ungespannte und 6% belastete Systeme. c Die Phononendispersionskurven der Monoschicht InSe für verschiedene Dehnungen

Als nächstes wird eine detaillierte Analyse der durch Zugspannung induzierten Variation der Phononengruppengeschwindigkeit präsentiert, um die Phononentransporteigenschaften zu verstehen. Für akustische Moden in der Ebene werden die Geschwindigkeiten der Phononengruppe bei einer Dehnung von 6% verringert, wie in Fig. 5a, b gezeigt. In Kombination mit dem erhöhten Beitrag von LA und TA spielt eine verringerte Geschwindigkeit der Phononengruppe eine entscheidende Rolle bei der Reduzierung von Κ _l . Die Änderung der Geschwindigkeiten der Phononengruppe stammt von spannungsinduzierten Strukturvariationen:Wenn die Zugspannung eingeschaltet wird, nehmen der Bindungsabstand und die Bindungsstärke ab, was zu einer niedrigeren Phononenfrequenz und Gruppengeschwindigkeit führt. Wenn man bedenkt, dass drei akustische Phononenzweige hauptsächlich zu Κ . beitragen _l , haben die erhöhten Phononengruppengeschwindigkeiten der optischen Verzweigungen eine begrenzte Wirkung.

Der Beitrag von ZA, TA, LA und optischen Moden zur Gruppengeschwindigkeit von einschichtigem InSe für (a ) ungespannt und (b ) 6% belastete Systeme. c Phononen-Wärmekapazität (C _ph ) und Gruneisen-Parameter als Funktion der Dehnung bei 300 K. d Phononen-Streuungsrate von nicht gedehntem und 6% gedehntem Monolayer-InSe als Funktion der Frequenz.

Die Drei-Phononen-Streurate von Monolagen-InSe ohne und mit 6% Dehnung als Funktion der Frequenz ist in Abb. 5d dargestellt. Es kann beobachtet werden, dass die Drei-Phononen-Streuungsrate von 6% verspanntem Monolayer-InSe im unteren Frequenzbereich signifikant größer ist als die des nicht verspannten Falles, was darauf hindeutet, dass die Zunahme der Verspannung zu einer stärkeren Drei-Phononen-Streuung führt. Die verstärkte Drei-Phononen-Streuung ist hauptsächlich für die reduzierte Gitterwärmeleitfähigkeit verantwortlich, was auch mit der vorherigen Schlussfolgerung übereinstimmt [19]. Ein ähnlicher Trend der Phononen-Streuungsrate mit erhöhter Zugspannung wurde bei ZrS₂ . beobachtet und 2H MoTe₂ Monoschicht [50, 51]. Wir haben auch den Einfluss der biaxialen Zugspannung auf die Wärmekapazität der Phononen (C _ph ), wie in Abb. 5c dargestellt. Mit zunehmender Zugspannung wird die Phononen-Wärmekapazität der InSe-Monoschicht monoton verringert. Für das 6 % belastete System wird die Phononen-Wärmekapazität auf 6,2 × 10 ⁵ . reduziert J/km ³ . Aufgrund der Linearisierung und Versteifung der ZA-Mode wird die Phononenzustandsdichte verringert, was zu einer verringerten Phononenwärmekapazität führt. Die Gruneisen-Parameter geben Aufschluss über die Anharmonizität eines Systems und können aus den anharmonischen interatomaren Kraftkonstanten (IFCs) gewonnen werden [32, 52]. Abbildung 5c ​​zeigt die berechneten Gruneisen-Parameter unter verschiedenen Dehnungen. Der durch die Zugspannung induzierte erhöhte Gruneisen-Parameter bedeutet eine stärkere Anharmonizität, was zu einer geringeren Wärmeleitfähigkeit führt [18].

Mit allen verfügbaren thermoelektrischen Transporteigenschaften kann die Gütezahl ZT erhalten werden. Die angelegte Zugspannung hat einen anderen Einfluss auf diese Transporteigenschaften, und die Verbesserung der thermoelektrischen Leistung der InSe-Monoschicht erfordert ein kompliziertes Gleichgewicht zwischen diesen Parametern S , σ , und κ . Abbildung 6 zeigt die berechnete Gütezahl mit unterschiedlicher Dehnung als Funktion des chemischen Potenzials bei 300 K, und es ist offensichtlich, dass die Variation des ZT-Werts unter verschiedenen Dehnungen stark vom chemischen Potenzial abhängt und der ZT-Maximalwert effektiv mit dem . erhöht werden kann Zunahme der Belastung. Ohne Spannung hat die InSe-Monoschicht einen ZT-Spitzenwert von 0,36 bei Raumtemperatur, der dem von Silicen (0,36), Germanen (0,41) und einschichtigem MoS₂ . nahe kommt (0.58) [53, 54] und niedriger als die von 2D-Monochalkogeniden (1.29~2.63 bei 700 K) [55]. Angesichts der hohen Trägermobilität und der überlegenen mechanischen Flexibilität ist die verspannte InSe-Monoschicht auch ein vielversprechendes potenzielles Material für thermoelektrische Anwendungen. Bei Zugbelastung induziert die geschwächte interatomare Bindung eine stärkere Anharmonizität. Die erhöhte Phononenstreurate, die verringerte Geschwindigkeit der Phononengruppe und die Wärmekapazität der Phononen führten zusammen zu einer verringerten Wärmeleitfähigkeit des Gitters, was zu einer verbesserten Gütezahl führte. Frühere theoretische Berechnungen zeigten, dass die InSe-Monoschicht einer Zugspannung von über 20% standhalten kann, was viel größer ist als unsere vorhergesagten Dehnungen [20]. Im Experiment erfolgt die Belastung von 2D-Materialien hauptsächlich durch ihre Wechselwirkung mit Substraten, die durch Erwärmung [56], Gitterfehlanpassung zwischen epitaktischen Dünnschichten [57] oder Biegen des 2D-Materials auf dem Substrat [58, 59]. Tatsächlich ist es experimentell üblicher, eine einachsige Dehnung anstelle einer zweiachsigen Dehnung anzuwenden. Basierend auf den vorherigen Berichten [20] kann eine einachsige Dehnung eine ähnliche Verbesserung der thermoelektrischen Eigenschaften von einlagigem InSe aufweisen.

Berechneter Gütefaktor von Monolayer-InSe als Funktion des chemischen Potentials bei unterschiedlicher Belastung

Schlussfolgerung

Zusammenfassend untersuchen wir systematisch den möglichen Einfluss biaxialer Zugspannungen auf die elektronischen, thermoelektrischen und Phononentransporteigenschaften für InSe-Monoschichten durch First-Principles-Rechnungen. Die Bandlücke nimmt mit zunehmender Zugdehnung ab, was zu einem verringerten Seebeck-Koeffizienten führt. Die Zugspannung induzierte auch eine stärkere anharmonische Streuung, und die Verringerung der Wärmeleitfähigkeit des Gitters konnte der resultierenden erhöhten Phononen-Streuungsrate, der verringerten Phononengruppengeschwindigkeit und der Phononen-Wärmekapazität zugeschrieben werden. Die Verringerung der Wärmeleitfähigkeit des Gitters überwiegt die des Seebeck-Koeffizienten und bewirkt so eine Leistungssteigerung mit zunehmender Zugspannung.

Verfügbarkeit von Daten und Materialien

Die während der aktuellen Studie generierten und/oder analysierten Datensätze sind auf Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

Abkürzungen

2D:

Zweidimensional

CBM:

Leitungsband-Minimum

τ :

Entspannungszeit

C _ph :

Phononen-Wärmekapazität

FET:

Feldeffekttransistor

LA:

Longitudinale akustische Phononendispersion

PF:

Leistungsfaktor

S :

Seebeck-Koeffizient

TA:

Transversale akustische Phononendispersion

VBM:

Valenzband-Maximum

ZA:

z -Achse akustische Phononendispersion

ZT:

Verdienstzeichen

ε _f :

Fermi-Niveau

Κ _e :

Die Wärmeleitfähigkeit mit den Beiträgen von Elektronenträgern

Κ _l :

Die Wärmeleitfähigkeit mit den Beiträgen aus dem Gitter

σ :

Elektrische Leitfähigkeit