硅亚稳相中的高热电性能：第一性原理研究
材料科学
2022-04-27 v1 介观与纳米尺度物理
应用物理
计算物理
摘要
本工作中，采用第一性原理计算结合玻尔兹曼输运理论，对比研究了金刚石立方相硅(Si-I)与亚稳R8相硅(Si-XII)的热输运与电输运性质。在300至500 K范围内，亚稳Si-XII的晶格热导率比稳定Si-I低一个数量级，这归因于Si-XII在三声子散射过程中更强的声子散射。对于电输运性质，尽管带隙更小(0.22 eV)的Si-XII展现出更低的Seebeck系数，但由于该方向电子有效质量小，各向异性的n型Si-XII沿x轴展现出可观的电导率。n型Si-XII的热电优值(ZT)峰值在同一方向上高于p型。得益于更低的晶格热导率与较优的电导率，Si-XII在p型与n型掺杂下均表现出比Si-I更大的最优ZT。对于n型Si-XII，在载流子浓度分别为2.6×10^{19}、4.1×10^{19}与4.8×10^{19} cm^{-3}时，沿x轴在300、400与500 K的最优ZT值分别可达0.24、0.43与0.63。所报道的结果阐明亚稳硅可集成至热电发电机中。
引用
@article{arxiv.2203.16613,
title = {High thermoelectric performance in metastable phase of silicon: a first-principles study},
author = {Yongchao Rao and C. Y. Zhao and Shenghong Ju},
journal= {arXiv preprint arXiv:2203.16613},
year = {2022}
}