基于第一性原理计算的n型和p型SnSe的电子结构与热电性质

我们展示正交晶系$n$型和$p$型SnSe的电子能带结构、费米面和电子输运性质计算结果，应用了Korringa-Kohn-Rostoker方法和玻尔兹曼输运方法。分析考虑了$Pnma$结构中晶体学参数的温度效应以及$T_c\sim 807$ K时向$CmCm$结构的相变。在$T_c$之前结构内改变晶体学参数时，注意到导带和价带的显著变化，而相变主要导致带隙值的跳跃。在宽温度范围($15-900$ K)和空穴($p$型)与电子($n$型)浓度($10^{17}-10^{21}$ cm$^{-3}$)下，计算了动力学参数张量(速度、有效质量)的对角分量和由此产生的输运量张量(电导率$\sigma$、热电势$S$和功率因子PF)。正如层状结构所预期的，SnSe对于两种电荷导电类型都表现出强烈的电子输运性质各向异性。通常，$p$型有效质量大于$n$型。有趣的是，$p$型SnSe具有强烈非抛物面色散关系，最高价带呈“布丁模”状。对$\sigma$、$S$和PF张量的分析表明，层间电子输运有利于$n$型SnSe的热电性能，而该方向在$p$型SnSe中被阻断，其中优选面内输运。我们的结果预测，$n$型SnSe可能是比$p$型更好的热电材料。理论结果与单晶$p$-SnSe测量比较，发现良好一致。