迈向二维材料中载流子迁移率与热电性能的准确预测
材料科学
2020-10-13 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
电子与晶格振动模式之间的相互作用在决定半导体中载流子输运性质、热电性能及其他与声子相关的物理量方面起着关键作用。然而，对于二维(2D)材料，广泛使用的载流子输运模型仅考虑电子与某些特定声子模式间的相互作用，这通常导致对电子/声子输运性质的不准确预测。本工作中，我们对二维IV族与V族元素单层的全电子-声子耦合及其对载流子迁移率和热电性能的影响进行了全面研究，并借助群论论证详细分析了电子-声子耦合的选择定则。我们的计算揭示：在仅允许谷内散射的浅掺杂情形下，IV族元素单层中光学声子模式的贡献显著大于声学声子模式，且LA与某些特定光学声子模式对总谷内散射贡献显著。当掺杂增加并允许谷间散射时，谷间散射远强于谷内散射，且ZA/TA/LO声子模式在单层Si、Ge和Sn中主导谷间散射。对总谷间散射的主导贡献在单层P中为ZA/TO，在单层As中为ZA/TO，在单层Sb中为TO/LO。基于对全电子-声子耦合的透彻研究，我们准确预测了这两类元素晶体的载流子迁移率与热电优值，并揭示出相较于广泛使用的简化模型计算结果的显著下降。
引用
@article{arxiv.2010.05219,
title = {Towards Accurate Predictions of Carrier Mobilities and Thermoelectric Performances in 2D Materials},
author = {Yu Wu and Bowen Hou and Ying Chen and Jiang Cao and Congcong Ma and Hezhu Shao and Yiming Zhang and Zixuan Lu and Heyuan Zhu and Zhilai Fang and Rongjun Zhang and Hao Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2010.05219},
year = {2020}
}
备注
7 pages