基于第一性原理计算的范德瓦尔斯固体热膨胀与输运

通过密度泛函和玻尔兹曼输运理论计算，研究了块体钼和钨基过渡金属二硫属化物中的晶格热膨胀与热导率。为此，采用了一种最新的范德瓦尔斯密度泛函（vdW-DF-CX），其被证明与结构参数的参考数据极为吻合。当包含声子-声子散射和同位素散射时，计算得到的面内热导率与实验室温值符合良好。然而，要解释整个可用温度范围内的行为，必须包含额外的（与温度无关的）限制平均自由程的散射机制。通常，主要传热模式的自由程为$1\,\mu\text{m}$或更长，这使得这些材料对结构缺陷非常敏感。钼和钨基TMDs的热导率主要由硫属元素种类决定，并按Te-Se-S顺序递增。虽然对于碲化物和硒化物，过渡金属元素的影响可忽略，但WS$_2$的热导率明显高于MoS$_2$，这可追溯到前者大得多的声子带隙。总体而言，本研究提供了一组一致的热导率，揭示了化学趋势，并构成了未来范德瓦尔斯固体研究的基础。