长程静电学对二维与块体材料电声子耦合及迁移率的贡献

电荷输运在二维材料的多种潜在应用中起着关键作用，包括场效应晶体管、太阳能电池和透明导体。在大多数工作温度下，电荷输运受到载流子被晶格振动散射的阻碍。因此，评估本征声子限制载流子迁移率对于识别下一代器件的有前途候选材料至关重要。在此，我们提供一个框架，通过依赖 Fourier-Wannier 插值，利用玻尔兹曼输运方程高效计算二维材料的漂移与霍尔载流子迁移率。基于近期关于动力学矩阵与声子色散长程贡献的表述 [Phys. Rev. X 11, 041027 (2021)]，我们将该方法推广到电声子耦合，纳入动力学偶极子与四极子的影响。我们识别出与 Berry 联络相关的前所未有的贡献，它对于保持理论的 Wannier 规范协变性至关重要。这一贡献并非二维晶体所特有，也同样关乎三维情形，正如我们通过对块体 SrO 的应用所展示的那样。我们在从 SnS2 到 MoS2、石墨烯、BN、InSe 和磷烯等广泛相关的单层中展示了我们的方法。我们还发现了 InSe 中霍尔空穴迁移率的非平凡温度演化：由于 InSe 价带的墨西哥帽电子结构，迁移率在 150 K 以上随温度升高而增加。总体而言，我们发现动力学四极子至关重要，可使载流子迁移率受到超过 75% 的影响。