筛选新型高导电二维半导体
材料科学
2020-12-16 v1
摘要
当涉及复杂机制时，在大型数据库中定位高性能材料是材料发现中的一大挑战。我们在此关注声子限制电导率，并研究通过场效应掺杂的二维半导体。利用最先进的密度泛函微扰理论和玻尔兹曼输运方程，我们讨论了 11 种具有出色输运性质的单层材料。这些材料选自一个可剥离材料的计算数据库，该数据库提供动力学稳定且每个晶胞不超过 6 个原子的单层材料。我们首先分析两个知名体系中的电子-声子散射：电子掺杂的 InSe 和空穴掺杂的磷烯。两者均为具有弱电子-声子相互作用的单谷体系，但它们代表了实现快速输运的两条不同路径：前者为陡峭而深的各向同性谷，后者为强各向异性的电子-声子物理。我们在数据库中识别类似特征并计算相关单层的电导率。这一过程产生了若干高导电材料，其中一些在文献中才刚出现 (GaSe、BiSeTe、BiSe、SbSeTe)，另一些则从未在此背景下被讨论过 (AlLiTe、BiClTe、ClGaTe、AuI)。通过详细比较这 11 种单层材料，我们讨论了尽管谷结构相似，电子-声子散射的强度和角依赖性如何驱动材料输运性能的关键差异。我们还讨论了空穴掺杂 WSe 的高导电性，以及该案例研究如何表明仅基于能带性质的筛选过程的局限性。
引用
@article{arxiv.2007.16110,
title = {Profiling novel high-conductivity 2D semiconductors},
author = {Thibault Sohier and Marco Gibertini and Nicola Marzari},
journal= {arXiv preprint arXiv:2007.16110},
year = {2020}
}