石墨烯的电子热导率

石墨烯作为一种具有已知最高热导率的半金属，是研究热输运中电子与晶格贡献之间相互作用的理想体系。虽然其总电导率和总热导率已被广泛研究，但对其电子热导率的详细第一性原理研究仍然缺失。在此，我们首先利用基于密度泛函理论和多体微扰理论（GW）第一性原理计算得到的电子和声子色散关系以及电子-声子耦合，表征了石墨烯电子热阻率中电子-声子内禀贡献随掺杂的变化。然后，我们利用低温实验估计引入了外禀的电子-杂质散射。在这些条件下，我们发现掺杂石墨烯的面内电子热导率在室温下约为 300 W/mK，且与掺杂无关。这一结果远大于预期，并可与典型金属的总热导率相比拟，对块体石墨烯总热导率的贡献约为 10%。值得注意的是，在物理尺寸或畴尺寸为几微米或更小的样品中，电子热导率的相对贡献比在块体极限下更为重要，因为在这些尺度下晶格热导率对样品或晶粒尺寸更为敏感。最后，当计入电子-杂质散射效应时，我们发现电子热导率降低了 30% 至 70%。我们还发现 Wiedemann-Franz 定律在低温和高温下大致成立，但在室温附近存在 20-50% 的最大偏差。