扭转双层石墨烯在魔角附近极高的热电功率因子

近期对扭转双层石墨烯（TBG）的研究揭示，其依赖于扭转角的电子结构导致了一系列独特性质，如超导性、关联绝缘态和磁性。TBG 在低扭转角下出现的平带导致电子态密度（DOS）中的尖锐特征，影响输运。在此我们表明，它们带来了优越且可调谐的热电（TE）性能。结合迭代玻尔兹曼输运方程求解器和来自精确连续模型的电子结构，我们计算了 TBG 在不同扭转角、载流子密度和温度下的热电输运性质。我们的模拟显示，TBG 的室温 TE 功率因子（PF）达到 40 mWm$^{-1}$K$^{-2}$，显著高于单层石墨烯（SLG），且为迄今报道的最高值之一。峰值 PF 出现在魔角附近、扭转角约为 1.3$^\circ$ 处，以及近完全能带填充时。我们阐明，其依赖关系由最低与第二次能带之间的带隙驱动，该带隙改善 Seebeck 系数但随扭转角减小，以及费米速度，其决定电导率并随扭转角增大。我们观察到 TBG 的 PF 随温度降低而进一步增加。强劲的热电性能，加上利用扭转角精细调节输运的能力，使 TBG 成为能源转换与热传感及管理方面未来研究和应用的有趣候选者。