二维材料中由表面增强共振键合导致的超低热导率
材料科学
2018-09-24 v1
摘要
具有超低热导率的晶体材料在热电应用中极受青睐。许多已知的低热导率晶体材料,包括 PbTe 和 Bi2Te3,拥有一种称为“共振键”的特殊化学键。共振键由简并成键构型的叠加构成,导致结构不稳定性、反常的长程原子间相互作用以及软光学声子。这些因素促成大的晶格非谐性与强声子-声子散射,从而导致低热导率。本工作中,我们利用第一性原理模拟研究二维(2D)中共振键的效应,其中共振键邻近表面。我们发现,由于原子位移诱导的电荷密度畸变屏蔽减弱,共振键导致的长程原子间相互作用在二维中变得更加显著。为展示该效应,我们分析了准二维 Bi2PbTe4 的声子性质,其在 300K 下具有 0.74 W/mK 的超低热导率。通过比较准二维 Bi2PbTe4 与其块体对应物的原子间力常数,以及表面附近与块体中的共振键性质,我们得出结论:共振键在降低的维度中被显著增强,并更有效地降低晶格热导率。我们的结果将为在低维材料中寻找热绝缘体提供新线索。
引用
@article{arxiv.1809.07872,
title = {Ultralow Thermal Conductivity in a Two-Dimensional Material due to Surface Enhanced Resonant Bonding},
author = {Sheng-Ying Yue and Tashi Xu and Bolin Liao},
journal= {arXiv preprint arXiv:1809.07872},
year = {2018}
}
备注
14 pages,6 figures