二维半导体 CrC2N4 中极高的热导率、弹性模量、载流子迁移率与压电性：第一性原理研究
材料科学
2021-08-31 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
单层 MoSi2N4 的实验实现是二维（2D）材料领域最新的突破性进展之一。受此启发，本文通过第一性原理计算探究了 MC2N4（M = Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf）单层的稳定性。所得结果确认 MC2N4（M = Cr, Mo, W, V）纳米片具有理想的热稳定性、动力学稳定性和机械稳定性。有趣的是，采用 HSE06 泛函发现 CrC2N4、MoC2N4 和 WC2N4 单层为半导体，带隙分别为 2.32、2.76 和 2.86 eV，而 VC2N4 晶格呈金属性。CrC2N4 单层的直接带隙半导体特性使其对可见光具有优异吸收。预测 CrC2N4 纳米片的弹性模量和拉伸强度分别高达 676 和 54.8 GPa。基于玻尔兹曼输运方程的迭代求解，预测 CrC2N4 单层在室温下的晶格热导率为 350 W/mK，居二维半导体最高之列。还发现 CrC2N4 和 WC2N4 晶格具有极高的压电系数。本研究将 CrC2N4 纳米片引入作为一种具有极高机械强度、热导率、载流子迁移率和压电系数的新型二维半导体。
引用
@article{arxiv.2108.12808,
title = {Outstandingly high thermal conductivity, elastic modulus, carrier mobility and piezoelectricity in two-dimensional semiconducting CrC2N4: A first-principles study},
author = {Bohayra Mortazavi and Fazel Shojaei and Brahmanandam Javvaji and Timon Rabczuk and Xiaoying Zhuang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2108.12808},
year = {2021}
}