基于全带原子尺度模拟的 InAs 纳米线热电性质

在这项工作中，我们通过将原子尺度紧束缚计算与线性化 Boltzmann 输运形式耦合，从理论上探究了维度对 InAs 纳米线热电功率因子的影响。我们考虑直径从 40nm（类块体）到 3nm（一维）的纳米线，从而能够在统一的大规模原子尺度描述下跨大直径范围适当地探究功率因子。我们发现当纳米线直径减小到 d < 10 nm 以下时，Seebeck 系数显著增加，这是强子带量子化的结果。在受声子限制散射条件下， around d = 10 nm 观察到功率因子约 6 倍的显著提升。在计算中引入表面粗糙散射后，该功率因子提升降低至约 2 倍。当直径减小到 d = 3 nm 时，功率因子下降。我们的结果表明，尽管诸如 InAs 的低有效质量材料能在较大直径下达到低维行为并展现出显著的热电功率因子改善，表面粗糙度在较大直径下也更强，这抵消了大部分预期的功率因子优势。然而，在 d = 10 nm 附近可观察到的功率因子改善可能是有益的，因为在该直径下 Lorenz 数和声子热导率均降低。因此，本工作通过使用跨越相应长度尺度的大规模全带模拟，恰当地阐明了低维材料中功率因子改善（或退化）背后的原因。所提出的精细计算方法可作为开发针对 2D 和 3D 材料电子结构的类似方案的平台。