带隙双层石墨烯的热电性质

与传统半导体不同，双层石墨烯（BLG）中的化学势和带隙均可通过施加外电场进行调控。在众多器件应用中，该性质也使 BLG 成为高性能热电材料的候选者。在本理论研究中，我们计算了 BLG 中分隔弱掺杂与重掺杂区域的突变界面，以及由两电极接触、更现实的介观尺寸矩形样品的塞贝克系数。对于给定的带隙（$\Delta$）和温度（$T$），最大塞贝克系数接近 Goldsmid-Sharp 值 $|S|_{\rm max}^{\rm GS}=\Delta/(2eT)$，偏差可近似为渐近表达式 $|S|_{\rm max}^{\rm GS}-|S|_{\rm max}=(k_B/e)\times\left[\frac{1}{2}\ln{u}+\ln{}2-\frac{1}{2}+{\cal O}(u^{-1})\right]$，其中电子电荷为 $-e$，玻尔兹曼常数为 $k_B$，$u = \Delta/(2k_BT)\gg{}1$。令人惊讶的是，BLG 低能哈密顿量中的三角翘曲项效应在几开尔文温度下、对所有可及的 $\Delta\leqslant{}300\,$meV 值均清晰可见。我们还表明，当刚性衬底抑制面外振动、减少 $ZA$ 声子对热导率的贡献时，热电优值明显增强（$ZT>3$）。