锡硫族化合物的新型二维相:高性能热电材料候选

Baojuan Dong; Zhenhai Wang; Nguyen T. Hung; Artem R. Oganov; Teng Yang; Riichiro Saito; Zhidong Zhang

doi:10.1103/PhysRevMaterials.3.013405

锡硫族化合物的新型二维相:高性能热电材料候选

材料科学 2019-01-15 v1

作者: Baojuan Dong , Zhenhai Wang , Nguyen T. Hung , Artem R. Oganov , Teng Yang , Riichiro Saito , Zhidong Zhang

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摘要

锡硫族化合物SnX(X = Te、Se和S)因其热电物理性质而引起研究兴趣。其二维(2D)对应物有望增强该性质,然而由于可能存在众多结构,尚未被充分探索。利用基于演化算法的全局搜索方法并结合密度泛函计算,生成了可变组成的二维Sn $_{1-x}$ X $_{x}$ 体系(X = Te、Se和S)。通过Universal Structure Predictor Evolutionary Xtallography (USPEX)发现了一种命名为 $\beta'$ -SnX的新型六方相,并通过声子色散计算和弹性判据进一步检验了结构稳定性。在所有可能的SnTe二维相(包括实验已获得的相)中, $\beta'$ -SnTe最为稳定。此外, $\beta'$ 相的SnSe和SnS在能量上也接近最稳定相。在 $\beta'$ -SnX相中实现了高热电(TE)性能,在300 K至900 K温度范围内,以实际可获得的5 $\times$ 10 $^{12}$ cm $^{-2}$ 载流子浓度,其无量纲热电优值(ZT)分别高达SnTe约0.96至3.81、SnSe约0.93至2.51、SnS约1.19至3.18。高热电性能源于高功率因子,后者归因于二维材料的量子限域和费米能级附近的能带汇聚,以及低的热导率,后者主要来自弱Sn间键合强度导致的低弹性常数和强晶格非谐性。

关键词

锡硫族化合物二维材料热电性能 β'-SnX相 USPEX 密度泛函计算热电优值晶格非谐性

引用

@article{arxiv.1901.00245,
  title  = {New two-dimensional phase of tin chalcogenides: candidates for high-performance thermoelectric materials},
  author = {Baojuan Dong and Zhenhai Wang and Nguyen T. Hung and Artem R. Oganov and Teng Yang and Riichiro Saito and Zhidong Zhang},
  journal= {arXiv preprint arXiv:1901.00245},
  year   = {2019}
}

备注

9 pages, 5 figures

锡硫族化合物的新型二维相:高性能热电材料候选

摘要

关键词

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