二维 IV-VI 化合物中声子输运的多样性各向异性：比较研究

超越石墨烯的新型二维（2D）材料，包括层状和非层状及其异质结构，因其在纳电子学、光电子学和清洁能源中的有前景应用正引起日益增长的兴趣，其中热输运性质是基本物理参数之一。在本文中，我们通过基于第一性原理计算求解玻尔兹曼输运方程（BTE），系统研究了 2D 正交晶系 IV-VI 族化合物 GeS、GeSe、SnS 和 SnSe 的声子输运性质。尽管沿扶椅方向具有类似于黑磷烯的皱褶（铰链状）结构，这四种单层化合物在许多方面具有多样的各向异性性质，如声子群速度、杨氏模量和晶格热导率（κ）等。特别地，单层 GeS 沿锯齿方向和扶椅方向的 κ 表现出最强的各向异性，而单层 SnS 和 SnSe 在声子输运中表现出近各向同性。我们充分研究了这种多样各向异性的起源并详细讨论了潜在机制。在有限尺寸下，κ 可被有效降低，且各向异性可通过纳米结构得到有效调控，这将拓展其在纳米级热电和热管理中的应用。我们的研究提供了对二维材料各向异性声子输运性质的基本理解，并对新兴技术中的进一步研究、调控和应用具有重要意义。