Nonlinear thermoelectric efficiency of superlattice-structured nanowires
我们从理论上研究了超晶格结构纳米线中的非线性弹道热电输运。通过对超晶格势垒的非均匀宽度的特殊选择-类似于光学系统中的抗反射涂层-可以实现接近于作为能量的函数的正方形轮廓的透射。我们计算的低温输出功率和功率转换效率的热电发电机的基础上，这样的结构，并表明，效率仍然很高，也当在一个显着的功率操作。为了提供实验指导，我们研究了结果如何依赖于纳米线半径，障碍的数量，和障碍的宽度和分离的随机缺陷。我们的研究结果表明，高效率确实可以实现与今天的外延纳米线生长的能力。
2016-05-30 cond-mat.mes-hall
Nanowires: A route to efficient thermoelectric devices
电子器件的小型化旨在制造更小的产品，从介观尺寸到纳米尺寸。这一趋势具有挑战性，因为耗散功率水平的增加要求更好地了解小体积中的热传输。大量消耗的能量转化为热量并消散到环境中。热电材料提供了利用耗散能量的可能性，并使设备的能耗降低。热电转换需要具有强烈抑制的热导率但仍具有高电子传导的材料。纳米线可以很好地满足这两个要求，因为在表面和缺陷处增强的声子散射降低了晶格热导率，而电导率没有劣化，从而导致整体显着的热电效率。因此，纳米线被认为是在纳米尺度上获得有价值的热电材料的一种有前途的途径。在本文中，我们提出了一个概述的关键实验和理论结果的热电性能的纳米线。本文综述了提高纳米线效率的物理机制。声子散射在表面和界面，增强功率因数的量子效应和拓扑保护的电子状态，以防止在纳米线的电导率下降进行了深入的讨论。
2019-06-03 cond-mat.mes-hall
Robust Mode Space Approach for Atomistic Modeling of Realistically Large Nanowire Transistors
实际大型器件的原子量子输运模拟在计算上要求非常高。广泛使用的模式空间（MS）方法可以显着降低数值计算的成本，但良好的MS基础通常是很难获得原子的全带模型。在这项工作中，一个强大的和并行的算法来优化原子纳米线的MS基础。这使得紧束缚非平衡格林函数（NEGF）模拟纳米线MOSFET与现实的横截面$\rm 10nm\times10nm$使用一个小型的计算机集群。这种方法被应用到不同的沟道长度和截面的InGaAs和硅纳米线nMOSFET的性能进行比较。全频带精度的模拟结果表明，InGaAs纳米线nMOSFET的驱动电流的优势没有超过他们的硅对应的横截面高达约$\rm 10nm\times10nm$。
2017-12-27 cond-mat.mes-hall
Nanowire-based thermoelectric ratchet in the hopping regime
我们研究了一种热电棘轮，它由一排无序纳米线平行排列在绝缘衬底上，并与两个电极非对称接触组成。运输研究莫特跳跃制度，当本地化的电子可以通过热辅助跳跃传播通过纳米线。当纳米线中的电子温度与衬底中的声子温度不同时，即使在电极之间没有驱动力的情况下，也会产生有限的电流。我们讨论的设备性能作为一个能量采集器，当从基板的多余的热量被转换成有用的功率，和作为一个冰箱，当外部电源被提供冷却基板。
2016-04-05 cond-mat.mes-hall
Thermoelectric characterization of the Kondo resonance in nanowire quantum dots
我们实验验证了迄今为止未经测试的理论预测近藤相关量子点（QD）的热电性能。本研究所需的具体条件是通过使用量子点外延生长的纳米线，结合最近开发的方法，用于控制和测量在纳米级的温差。这使得有可能获得非常高质量的数据，无论是低于和高于近藤温度，并允许与理论预测进行定量比较。具体来说，我们验证了近藤相关性可以引起的热电流的极性变化，这可以通过增加温度或通过施加磁场逆转。
2018-07-20 cond-mat.mes-hall
Staircase Quantum Dots Configuration in Nanowires for Optimized Thermoelectric Power
利用非弹性传输过程的纳米结构可以提高热电能量采集器的性能。一个原型是三端跳跃热电器件，其中量子点之间的电子跳跃是由热声子驱动的。这种三端跳跃热电器件具有通过非弹性传输实现高效率或功率的潜力，而不依赖于重元素或有毒化合物。在这项工作中，我们展示了如何通过调整嵌入在平行纳米线中的量子点的数量和能量配置来优化器件的输出功率。我们发现，在单对量子点串联的情况下，具有恒定能量阶跃的阶梯能量结构可以提高功率因数。此外，对于一个固定的能量阶跃，有一个最佳的长度的纳米线。同样，对于固定数量的量子点，输出功率也存在一个最优的能量阶跃。我们的研究结果是重要的高性能纳米结构热电器件的未来发展。
2016-08-24 cond-mat.mes-hall
Thermoelectric Properties of Silicon Carbide Nanowires with Nitrogen Dopants and Vacancies
采用原子模拟方法研究了含氮杂质和[111]方向空位的立方相掺锌碳化硅纳米线（SiCNW）的热电性能。研究发现，通过掺杂N杂质和制造Si空位，可以显著提高SiCNW的热电优值ZT。为了获得大的ZT，我们研究了可能的能量稳定的配置，并披露，当N掺杂剂位于中心，少量的Si空位在角落是最有利的n型纳米线，而大量的Si空位扩展到平坦的边缘位置是最有利的p型纳米线。对于直径为1.1 nm、长度为4.6 nm的SiCNW，在900 K时，n型的ZT值可达1.78。还讨论了长SiCNW获得较高ZT值的条件。
2012-02-24 cond-mat.mes-hall
Thermoelectric effects of quantum dot arrays embedded in nanowires
在库仑阻塞条件下，研究了镶嵌在纳米线上的量子点阵列的热电特性。本文用Hurbbard-Anderson模型模拟了电子对QDA结系统热电性质的贡献。电导，塞贝克系数，电子热导计算的Keldysh格林函数方法和平均场方法。利用声子辐射转移方法计算了声子热导率。在库仑阻塞区，电子热导比声子热导小得多。因此，可以通过同时增加热功率和降低声子热导来提高最佳品质因数（ZT）。我们发现，它是可能的，以获得大于1的ZT值的InGaAs/GaAs量子点嵌入纳米线在室温下。
2015-07-07 cond-mat.mes-hall
Thermoelectric properties of semiconductor nanowire networks
为了研究半导体纳米线（NW）网络的热电（TE）特性，我们提出了一种理论方法，将TE网络映射到双端口网络上。与传统的单端口（即，电阻器）网络模型，我们的模型允许大规模的计算显示收敛的TE品质因数，$ZT$，随着越来越多的结。利用该模型，对Bi $_2$ Te $_3$分支纳米线（BNW）和Cayley树纳米线（CTNW）网络进行了数值模拟.我们发现，声子散射在网络的交界处起着主导作用，在增强网络$ZT$。具体而言，无序BNW和CTNW表现出一个数量级更高的ZT增强相比，其有序的同行。在CTNW中形成优先TE路径使得网络有效地表现为BNW对应物。我们提供了一个单一的T-结的实验可测TE参数上铰链模拟大规模的纳米线网络的形式主义。
2015-12-04 cond-mat.mes-hall
Monte Carlo Simulation of Single-Crystalline PbSe Nanowire Thermal Conductivity Using First-Principle Phonon Properties
先前的实验研究表明，由于纳米线的强烈诱导声子边界散射，纳米线是改善实用热电材料的热电性能的有希望的结构。然而，很少有研究从第一性原理方法研究声子边界散射对热电纳米线热导率的影响。在这项工作中，我们系统地研究了声子边界散射与不同的边界镜面反射的PbSe纳米线的热导率的作用，通过严格求解全声子玻尔兹曼输运方程没有任何可调参数。我们观察到显着的热导率降低粗糙的PbSe纳米线的直径小于几百纳米。在室温下，对于10 nm厚的粗糙PbSe纳米线，减少达到~ 40%。的直径相关的热导率被发现包含重要的信息，从一个标准的重建算法的声子平均自由程分布。模拟结果对于理解热电材料中纳米尺度的热输运具有重要意义，并将指导未来热电器件的设计，以实现更好的能量转换效率。
2017-01-01 cond-mat.mes-hall
Thermoelectric and magneto-transport characteristics of interconnected networks of ferromagnetic nanowires and nanotubes
本研究展示了铁磁金属三维纳米线网络在直径缩至约23纳米时仍保持体热电功率，并首次对互连镍纳米管网络进行磁热电测量，为宏观纳米结构热电材料的发展迈出重要一步。
2024-07-23 cond-mat.mes-hall
Magnetic control of flexible thermoelectric devices based on macroscopic 3D interconnected nanowire networks
热电中的自旋相关效应可用于设计更高效的制冷机，并为热能的收集提供新的有前途的应用。关键挑战是设计具有足够高效率和功率输出的结构和成分磁性材料系统，用于将热能转化为电能，反之亦然。在这里，大面积的3D互连的Co/Cu纳米线网络的制造被证明，从而使宏观电子元件的受控珀耳帖冷却与外部磁场。这种柔性的宏观器件克服了纳米级磁性结构由于发电能力不足而限制热管理应用的固有局限性。从适当设计的实验，大的自旋相关的Seebeck和Peltier系数$-9.4$ $μ$ V/K和$-2.8$ mV，在室温下，分别。Co/Cu纳米线网络在室温下的功率因数（$\sim7.5$ mW/K $^2$ m）大于现有热电材料（如BiTe合金）的功率因数，并且在很宽的温度范围内磁功率因数比达到约100%.通过利用柔性宏观纳米线网络的自旋相关热电性质实现热流的磁控制的验证为利用自旋自由度设计可成形热电冷却器奠定了基础。
2019-05-27 cond-mat.mes-hall
Reversal of thermoelectric current in tubular nanowires
我们计算了管状纳米线两端之间的温度偏置所产生的充电电流。我们表明，在存在横向磁场的电流可以改变符号，即，当温度偏置增加时，电子可以从热存储器流到冷存储器，或者沿相反的方向流动。当磁场足够强时会发生这种行为，从而产生朗道和蛇形状态，并且能量色散相对于纵波矢量是非单调的。符号反转可以在杂质存在的情况下存活。我们预测这一结果的核/壳纳米线，均匀的纳米线与表面状态由于费米能级钉扎，和拓扑绝缘体纳米线。
2017-07-22 cond-mat.mes-hall
Substantial local variation of Seebeck coefficient in gold nanowires
纳米结构有望改善材料的热电性能，用于能量转换和光电探测。我们报告了一个由单一金属制成的薄膜纳米线器件的光热电电压的空间分布的研究。聚焦激光束用于通过直接吸收和激发Au器件中的等离子体共振的组合来局部加热金属纳米结构。如前所述，在比激光光斑尺寸短的纳米线中，我们观察到与局部塞贝克系数在空间上依赖于纳米结构的宽度一致的热电电压分布。在较长的结构中，我们观察到极端的变化，净热电电压的激光点沿纳米线的长度扫描。热电电压的符号和大小对纳米线的结构缺陷、金属颗粒结构和表面钝化敏感。这一发现开辟了改善纳米级热电性能局部控制的可能性。
2017-07-14 cond-mat.mes-hall
Thermoelectric Properties of Scaled Silicon Nanowires Using the sp3d5s*-SO Atomistic Tight-Binding Model and Boltzmann Transport
作为抑制声子传导的结果，最近已经报道了与原材料的ZT值相比，纳米结构的热电优值ZT的大幅改善。也有人建议，低维度也可以提高设备的功率因数，提供进一步的增强。本文采用sp 3d 5s * 自旋轨道耦合紧束缚模型计算了硅纳米线的电子结构。应用线性化玻尔兹曼输运理论，包括所有相关的散射机制，计算电导率，塞贝克系数，和热电功率因数。我们研究了直径为3 nm和12 nm的n型纳米线，在不同的载流子浓度下，在[100]，[110]和[111]输运取向。使用纳米线中的晶格热导率的实验值，计算预期的ZT值。我们发现，在室温下，虽然缩放的直径低于7 nm可以是有益的功率因数由于banstructure的变化单独，在这些尺寸增强的声子和表面粗糙度散射降低电导率和降低功率因数。
2011-04-08 cond-mat.mes-hall
Noise thermometry applied to thermoelectric measurements in InAs nanowires
我们采用噪声测温法研究了4.2K水浴温度下单根InAs纳米线的电荷输运和热电输运。散粒噪声测量确定弹性扩散运输在我们的纳米线与可忽略的电子-声子相互作用。这使我们能够建立一个测量的扩散热电势。与以前的方法不同，我们利用一个主要的电子噪声测温校准整个NW的热偏置。特别是，这使得我们能够应用接触加热方案，与传统的基板加热相比，该方案在产生热偏置方面更加有效。测得的热电塞贝克系数表现出强烈的介观波动依赖于用于调谐NW载流子密度的背栅电压。我们分析的运输和热电数据的近似莫特的热电势关系，并评估一个门电压费米能量转换因子。
2016-02-29 cond-mat.mes-hall
Thermoelectricity in Nanowires: A Generic Model
采用Boltzmann输运方程和能量与尺寸相关的弛豫时间（$τ$）近似（RTA），自洽地计算了矩形截面量子线的热电优值$ZT$.推断的$ZT$显示突然增强相比，其对应物在散装系统。尽管如此，估计的$ZT$的代表性Bi $_2$ Te $_3$纳米线和其对线参数的依赖性大大偏离现有的RTA模型与恒定的$τ$的预测。此外，我们解决了较高的能量子带的传输现象的贡献，对$ZT$的化学势调谐的效果，和相关的$ZT$与量子尺寸效应（QSE）。所得到的结果是广泛的一类系统的普遍有效性，并可能证明是有用的，在现代热电应用的持续发展。
2010-06-02 cond-mat.mes-hall
Diameter Dependence of the Transport Properties of Antimony Telluride Nanowires
我们报告测量的电子，热电，和电磁特性的单个单晶碲化锑（Sb 2 Te 3）纳米线的直径在20-100 nm的范围内。温度依赖的电阻率和热电功率（TEP）的测量表明，孔占主导地位的扩散热电发电，与增强的TEP为较小直径的导线高达110 uV/K在T = 300 K。我们测量了在平行和垂直于纳米线[110]轴的磁场中的磁阻，其中观察到强各向异性正磁阻行为。
2010-08-13 cond-mat.mes-hall
Engineering interband tunneling in nanowires with diamond cubic or zincblende crystalline structure based on atomistic modeling
我们提出了一个调查中的设备参数空间的带到带隧穿的纳米线与金刚石立方或锌立方晶体结构。结果是从量子输运模拟的基础上得到的非平衡格林函数与紧束缚原子的哈密顿量。带间隧穿对纵向电场、纳米线截面、穿过间隙以及材料极其敏感。在适当选择有效带间隧穿质量的基础上，基于WKB理论导出了传输概率的近似解析表达式，与原子量子模拟的结果吻合较好.
2013-09-24 cond-mat.mes-hall
Thermoelectric and electron heat rectification properties of quantum dot superlattice nanowire arrays
量子点超晶格纳米线（SLNWs）作为热机，由于声子热导率的降低，在能量收集方面具有广阔的应用前景。在固态发电机（制冷机）中，需要产生（去除）大量的充电电流（热流）。因此，实际应用需要高QD SLNW密度。本文从理论上研究了SLNW阵列在一维系统向二维系统过渡时的功率因数和电子热整流特性。SLNW阵列显示了热二极管的功能，这主要归因于具有温度偏置方向依赖特性的透射系数。
2020-03-29 cond-mat.mes-hall
Thermoelectric properties of electrically gated bismuth telluride nanowires
我们从理论上研究了垂直电场对本征、n型和p型碲化铋纳米线随生长方向的热电性能的影响[110]。用谱方法自洽求解薛定谔方程和泊松方程组，计算了电子结构和波函数。泊松方程的预测-校正方法中的牛顿-拉夫逊法求解。在我们的分析中考虑了电子-电子交换-关联相互作用.在77 ~ 500 K的温度范围内，在恒定弛豫时间近似下研究了Seebeck系数、热导率、电子（空穴）浓度和热电优值与纳米线厚度、栅电压和过剩空穴（电子）浓度的关系.计算结果表明，外加垂直电场可使7 - 15 nm碲化铋纳米线的Seebeck系数提高近2倍，ZT提高一个数量级。在室温下，对于实际宽度的纳米线，在外部垂直电场的作用下，ZT可以达到高达3.4的值。所得结果为在较宽的温度范围内大幅度提高热电优值开辟了一条全新的途径。
2009-11-30 cond-mat.mes-hall
Energy bands, conductance and thermoelectric power for ballistic electrons in a nanowire with spin-orbit interaction
通过改变纳米线的温度、电子密度和宽度，计算了自旋轨道相互作用（SOI）对纳米线能带、弹道电导和电子扩散热电势的影响。假设导线边缘的势垒非常高。在该模型中使用的边界条件的结果由能量能带结构确定，当电子密度增加时，由于更高的子带被电子占据而导致更宽的平台，这是由于更大的能级分离。横向约束的位置相对于井中心的非线性依赖性排除了“极状功能”的电导时，得到的谐波电位进行限制。在低温下，电子扩散热电功率随温度T线性增加，但在温度T较大时偏离线性行为。
2010-11-18 cond-mat.mes-hall
Atomistic study of electronic structure of PbSe nanowires
硒化铅（PbSe）是一种用于设计光学传感器、激光器和热电器件的有吸引力的“IV-VI”半导体材料。PbSe纳米线（NW）的改进的制造使得能够利用低维量子效应。采用18带$sp^3d^5$紧束缚理论，研究了截面尺寸（W）和沟道取向对PbSe纳米线能带结构的影响.的带隙增加几乎与反向的W为所有的取向，表明弱的对称性依赖。[111]与[100]纳米线相比，[110]纳米线的导带和价带具有更高的弹道电导，这是由于[100]纳米线中突出的L谷的显著分裂。
2011-03-08 cond-mat.mes-hall
Extracting band structure characteristics of GaSb/InAs core-shell nanowires from thermoelectric properties
具有GaSb核和InAs壳（和倒置结构）的纳米线对于由于材料界面处的体断裂带隙对准的电子-空穴杂化和相互作用效应的研究是有趣的。我们使用八带$\mathbf{k\cdot p}$理论结合包络函数近似计算了这种纳米线的能带结构。对于固定的芯半径，作为壳厚度的函数，能带结构从金属（对于厚壳）改变为半导体（对于薄壳），具有由量子限制引起的带隙。对于中间壳层厚度，可以出现不同的带隙能带结构，其中间隙由GaSb中的价带和InAs中的导带之间的杂化引起。为了建立纳米线能带结构和热电测量中的签名之间的关系，我们使用计算的能量分散体作为玻尔兹曼方程和弹道输运方程的输入，分别研究扩散极限和弹道极限。我们的理论结果为实验提供了指导，显示了门控设置中的热电测量如何用于区分不同类型的带隙，或将系统调谐到具有少量电子和少量空穴的制度，这可能对激子物理学的研究感兴趣。
2017-03-31 cond-mat.mes-hall
Thermoelectric conversion at 30K in InAs/InP nanowire quantum dots
利用InAs/InP纳米线量子点的强电子约束特性，实现了高温热电转换。电导G和热电势S从电荷传输测量获得，并准确地再现与理论模型占的量子点的多级结构。值得注意的是，我们的分析并不依赖于估计的共同隧道贡献，因为电子热输运是由多层次的热输运。通过考虑两个自旋简并能级，我们能够评估电子热导K，并研究作为量子点配置的函数的电子优值ZT的演变，并证明在30 K时ZT ~ 35，对应于接近Curzon-Ahlborn极限的最大功率下的电子效率。
2019-03-16 cond-mat.mes-hall
Thermoelectric properties of tubular nanowires in the presence of a transverse magnetic field
我们计算的电荷和热流与电子，产生的温度梯度和化学电势差的两端之间的管状纳米线的半径为30 nm的存在下，外部磁场垂直于其轴。我们考虑了基于半导体材料的纳米线，并使用Landauer-Bttiker方法来计算输运量。得到了Seebeck系数（$S$）、导热系数kappa和品质因数（$ZT$）随温度和磁场的变化规律.特别是，我们表明，塞贝克系数可以改变这个域中的参数的符号。此外，当磁场增加时，$κ$和$ZT$具有振荡。这些振荡是由电子的能谱决定的。
2020-06-23 cond-mat.mes-hall
Effects of Confinement and Orientation on the Thermoelectric Power Factor of Silicon Nanowires
低维可以提高器件的热电功率因数，提高ZT品质因数。在这项工作中，原子sp 3d 5s *-自旋轨道耦合紧束缚模型和线性化玻尔兹曼输运理论被应用于计算的室温电导率，塞贝克系数，和功率因数窄一维硅纳米线（NW）。我们提出了一个全面的分析的热电系数的n型和p型纳米线的直径从12 nm到3 nm，在[100]，[110]，和[111]运输取向在不同的载流子浓度。我们发现，可以观察到的约束对功率因数的影响的长度尺度是在直径小于7 nm。我们发现，与目前的观点相反，限制和几何形状对功率因数的影响主要源于导电性的变化，这是强烈的影响，而不是塞贝克系数。一般来说，在这些直径尺度上增强的散射强烈地降低了器件的电导率和功率因数。然而，我们确定的情况下，限制大大提高了通道的导电性，导致约2- 3倍的功率因数的改善。我们的研究结果可以为设计高效的低维热电器件提供指导。
2011-06-10 cond-mat.mes-hall
Photo absorption enhancement in strained silicon nanowires: An atomistic study
采用半经验$sp^{3}d^{5}s^{*}$紧束缚（TB）和密度泛函理论（DFT）方法计算了硅纳米线（SiNW）的吸收光谱.讨论了直径、波函数对称性、应变和晶体学方向对吸收的影响。我们发现，压缩应变可以改变超过一个数量级的带边吸收由于改变波函数对称性。此外，相对于纳米线轴的光子偏振显著地改变了带边吸收。总的来说，[110]和[100]硅纳米线的带边吸收可以相差多达三个数量级。我们发现，与体硅相比，应变硅纳米线阵列可以更好地吸收红外光子（1.1 eV）约一百倍。最后，我们比较了一个完全数值和计算效率高的半解析方法，并发现它们都产生令人满意的值的带边吸收。
2017-07-24 cond-mat.mes-hall
Atomistic calculation of the thermoelectric properties of Si nanowires
在0 ~ 1000 K的温度范围内计算了1.6 nm厚[100]晶向Si正方形纳米线的热电性质，并考虑了原子间的电子-声子相互作用.在我们的模型中，[010]和[001]面被氢钝化，并且在纳米线表面存在Si-Si二聚体。电子结构采用sp^3自旋轨道耦合原子第二近邻紧束缚模型计算。声子色散计算Brenner型的价力场模型。本文提出了一个从次近邻紧束缚模型计算电子-声子矩阵元的方案。基于费米黄金法则，将电子和声子本征态结合起来，得到了电子-声子跃迁速率。弹性和非弹性散射过程都考虑在内。利用Orthomin迭代法得到的线性化Boltzmann输运方程的解计算了输运特性的温度依赖性。在室温下，电子迁移率为195 cm ^2/（Vs），并随温度升高而增加，而浓度为n=10^19 cm^-3的n型掺杂的电子迁移率ZT达到0.38。
2014-06-27 cond-mat.mes-hall
Atomistic calculation of the thermal conductance of large scale bulk-nanowire junctions
我们已经开发了一个有效的可扩展的内核方法在开放系统中的热输运，我们已经计算了体硅和硅纳米线之间的结的热导直径高达10 nm。我们已经设计了透射和反射光谱的比例律，这使我们能够预测具有比原子模拟可实现的更大截面的体纳米线界面的热阻。我们的研究结果表明，特征尺寸超过该原子系统可以准确地处理介观理论。
2011-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomistic theory of electronic and optical properties of InAsP/InP nanowire quantum dots
我们在这里提出了一个原子理论的电子和光学性质的六角InP量子点的InP纳米线在纤锌矿相。这些自组装量子点的独特之处在于它们的高度、形状和直径是众所周知的。使用结合价力场，紧束缚，和组态相互作用的方法，我们进行原子计算的单粒子状态和激子，双激子和三电子复合物以及发射光谱作为量子点的高度，直径和作为与P浓度的函数。用从头算方法计算了纤锌矿晶相InAs和InP的原子紧束缚参数，并通过经验带隙进行了修正.低能电子和空穴态形成类似于抛物或圆柱量子限制的电子壳层，仅受六边形对称性和As涨落的微弱影响。激子，trions和双激子的发射线的相对排列同意的InAs/InP点的锌相的双激子和正trions只有弱结合。As原子的随机分布导致了单粒子态和谱线的点到点的几个meV的波动。由于六角InAsP纳米线量子点的高度对称性，发现激子精细结构分裂很小，与实验一致，大约为几个$μ$ eV，具有显著的随机波动。
2019-10-18 cond-mat.mes-hall
Optimizing thermoelectric efficiency of superlattice nanowires at room temperature
众所周知，薄纳米线的品质因数（$ZT$）可以在室温下显著增强，这是由于声子的边界散射的增加引起的声子热导的降低。可以预期的是，纳米线填充量子点（QD）的声子热导将进一步降低。在这里，我们考虑一个超晶格纳米线（SLNW）建模的线性链的强耦合量子点连接到电极。为了优化设计，我们研究了$ZT$对量子点能级（$E_0$）（相对于电极中的费米能级$E_F$）、点间耦合强度（$t_c$）、隧穿率（$Γ$）和温度$T$的依赖性。结果表明，在室温下，当$(E_0-E_F)/k_BT \approx 2.4$和$Γ=t_c$的量子点数目为$t_c/k_BT <0.5$时，SLNW的功率因数最大，且与量子点数目无关.通过使用合理的物理参数，我们表明，薄SLNW的横截面宽度接近$3~nm$有可能实现$ZT\ge3$。
2018-04-20 cond-mat.mes-hall
Nanowires for heat conversion
本文综述了半导体纳米线热电性能的研究和增强。纳米线是纳米结构，其典型直径在几到几百纳米之间，长度在几到几微米之间，表现出高的表面积与体积比。如今，已经实现了对它们的生长的非凡控制，也使得不同类型的异质结构的集成成为可能，这可以导致纳米线的功能特性的工程化。在这篇综述中，我们讨论了所有的概念已经提出，并实现了迄今为止的半导体纳米线的热电性能的改善。此外，我们提出了一个简短的调查的实验方法，使这些纳米结构的热电性能的调查。
2021-01-04 cond-mat.mes-hall
Impacts of Atomistic Coating on Thermal Conductivity of Germanium Nanowires
通过非平衡分子动力学模拟，我们证明了锗纳米线的热导率可以降低25%以上，在室温下的原子涂层。存在临界涂层厚度，超过该临界涂层厚度，涂覆的纳米线的热导率大于主体纳米线的热导率。探讨了临界涂层厚度和最小导热系数随涂层直径的变化规律。此外，我们发现，界面粗糙度可以诱导涂层纳米线的热导率进一步降低。从振动本征模分析，发现涂层诱导的低频声子的局域化，而界面粗糙度的高频声子的局域化。我们的研究结果提供了一个可行的方法来调整纳米线的热导率的原子层涂层。
2012-06-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Networks of silicon nanowires: a large-scale atomistic electronic structure analysis
硅纳米线网络具有有趣的电子特性，超越了基于单个纳米线量子限制的预测。采用大规模的原子赝势计算，尚未开发的分支纳米结构的子系统水平，以及在充分的组装进行了研究。最终产品是一个简单的，但通用的表达式的带隙和带边排列的多重交叉硅纳米线的各种直径，交叉数，和线的取向。沿着这条线的进一步进展可能会推翻硅纳米线网络的自下而上的方法，通过从功能开始并导致实现结构的自上而下的设计。
2013-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomistic simulations of heat transport in real-scale silicon nanowire devices
利用原子晶格动力学和散射理论，我们研究了纳米器件的热输运的10 nm厚的硅纳米线，从10到100 nm长，夹在两个散装水库。我们发现，在设备中的热传输显着不同的悬浮延长纳米线，由于声子散射在接触界面。我们发现，热传导和声子输运制度可以调整从弹道扩散通过改变纳米线的表面粗糙度和它们的长度。在含有短晶体线的器件中，声子隧穿发生并增强了超过单个接触的电导。
2012-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spatially Resolved Thermoelectric Effects in Operando Semiconductor-Metal Nanowire Heterostructures
利用扫描热显微镜研究了铝纳米线连接的纳米级锗片的热电性能。168 nm长的锗段具有与铝丝原子级尖锐的界面，并被Al $_2$ O $_3$壳包围。沿着自加热纳米线的温度分布测量作为所施加的电流的函数，焦耳和珀耳帖效应。开发的分析是能够提取的热和热电性能，包括热导率，热边界电阻的基板和珀尔帖系数从一个单一的测量。我们的研究证明了对自热设备和结构周围的温度进行定量测量的潜力，一直到热载体的散射长度。
2020-06-28 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Thermoelectric properties of the bismuth telluride nanowires in the constant-relaxation-time approximation
采用各向异性有效质量方法，在抛物带近似下研究了[110]和[015]两种生长方向的碲化铋纳米线的电子结构.电子和空穴的有效质量张量的六个山谷的组件计算两个生长方向。对于正方形纳米线，在77 ~ 500 K的温度范围内，在恒定弛豫时间近似下，研究了Seebeck系数、电子热导率和电导率以及优值ZT与纳米线厚度和过剩空穴浓度的关系.对于厚度小于30 nm的正方形纳米线，载流子限制起着至关重要的作用。限制降低了载流子浓度和热导率，但增加了塞贝克系数的最大值相比，多余的空穴（杂质）。方向[015]的约束效应比方向[110]的约束效应更强，这是由于这些方向的载流子质量差异。载流子限制增加了ZT的最大值，并将其向高温移动。对于具有生长方向[110]的p型碲化铋纳米线，在温度310 K、390 K、480 K和纳米线厚度30 nm、15 nm和7 nm下，优值的最大值相应地等于1.3、1.6和2.8。在室温下，优值分别等于1.2、1.3和1.7。
2008-08-18 cond-mat.mes-hall
Suppressing phonon transport in nanowires: a simple model for phonon-surface roughness interaction
抑制纳米线中的声子传播是实现高效热电器件的基本目标。最近的实验已经明确表明，表面粗糙度是一个关键因素，可以降低导热率远低于卡西米尔限制薄晶体硅纳米线。我们使用从实验研究中获得的见解来构建声子-表面粗糙度相互作用的简单易分析模型，该模型提供了对表面粗糙度对热导率的影响的更好的理论理解，这可能有助于设计更好的热电器件。
2017-07-24 cond-mat.mes-hall
Large enhancement in hole velocity and mobility in p-type [110] and [111] silicon nanowires by cross section scaling: An atomistic analysis
计算了直径从D=12nm到D=3nm的p型纳米线在[100]、[110]和[111]输运方向上的迁移率。原子紧束缚模型被用来计算NW电子结构。线性玻尔兹曼输运理论，包括声子和表面粗糙度散射（SRS）机制，用于迁移率计算。我们发现当[110]纳米线的直径缩小到D=3nm时，可以实现大的迁移率增强（4倍的数量级），甚至更多的[111]纳米线的直径缩小到D=3nm。这种增强源于色散曲率的增加，因此随着直径的缩放，孔速度增加。随着直径的减小，这种好处可以补偿SRS引起的流动性降低。另一方面，[100] NW的移动性与其他两个NW方向相比是最低的，并且还随着直径尺度而受到影响。我们描述的能带结构工程技术是各向异性体能带的一般特征，并且也可以应用于2D薄体层以及其他沟道材料。
2010-11-11 cond-mat.mes-hall
Atomistic modeling of the phonon dispersion and lattice properties of free-standing <100> Si nanowires
采用<100>基于原子力常数的修正价力场（MVFF）方法对硅纳米线（SiNW）中的声子色散进行了模拟。该模型复制体硅声子色散非常好。在硅纳米线中，除了四个类似声学的分支外，还出现了许多平坦的分支，这表明这些纳米线中存在强烈的声子约束，并强烈影响其晶格性质。的声速（Vsnd）和晶格热导率（kl）的减少，而由于增加的声子约束和表面体积比（SVR）的比热（Cv）增加的导线横截面尺寸减小。
2010-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Using polymer electrolyte gates to set-and-freeze threshold voltage and local potential in nanowire-based devices and thermoelectrics
我们利用聚合物电解质中强烈的温度依赖性离子迁移率，使用局部包裹栅极几何形状在纳米线周围的特定离子电荷环境中“冻结”。这使我们能够设置一个传统的掺杂衬底栅极的阈值电压和本地的无序势在低于200开尔文的温度下，我们的特点是详细结合电导和热电压测量建模。我们的研究结果表明，当地的聚合物电解质门是兼容的纳米线热电，在那里他们提供了一个非常低的热导率的优势，并保持对固态冷却应用的最佳工作点设置的巨大潜力。
2014-11-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Gate voltage controlled thermoelectric figure of merit in three-dimensional topological insulator nanowires
研究了三维拓扑绝缘体纳米线表面态的热电性质。利用紧束缚哈密顿量结合非平衡格林函数方法，得到了Seebeck系数$S_c$和无量纲热电优值$ZT$.它们强烈地依赖于栅极电压以及纵向和垂直磁场。通过改变栅极电压或磁场，可以容易地控制$S_c$和$ZT$的值。在零磁场和零栅压下，或在大垂直磁场和非零栅压下，$ZT$具有较大的值。由于电子-空穴对称性，$S_c$是费米能量的奇函数，而$ZT$是偶函数，与磁场无关。当量化的透射系数从一个平台跳到另一个平台时，$S_c$和$ZT$示出峰值。当费米能级在狄拉克点附近时，出现最高峰。在零垂直磁场和零栅压下，对于纵向磁通量$ϕ_{\parallel} = 0 $和$π$，$S_C$的$n$第h峰的高度分别为$\frac{k_B}{e}\texttt{ln}2/(|n|+1/2)$和$\frac{k_B}{e}\texttt{ln}2/|n|$。最后，我们还研究了障碍的影响，发现$S_c$和$ZT$对障碍是鲁棒的。特别地，即使在强无序下，大值的$ZT$也可以存活。这些特性（$ZT$具有大的值、易于调节和对无序具有鲁棒性）对于热电的应用是非常有益的。
2018-03-28 cond-mat.mes-hall
3D full-band, Atomistic Quantum transport in n-Si Junction less Nanowire field-effect transistors
在本工作中，我们使用三维全带原子sp 3d 5s自旋轨道耦合紧束缚方法研究了n-Si无结纳米线场效应晶体管中的量子输运。本文研究了无n-Si结纳米线场效应晶体管的IDSVGS传输特性、IDSVDS输出特性、导通漏电流、截止漏电流、亚阈值摆幅和能量位置分辨电子密度谱Gnx，E。我们还研究了IDS VGS传输特性与高K栅材料的变化。基于非平衡格林函数方法，自洽地求解耦合Poisson Schr“odinger方程，对n-Si无结纳米线场效应晶体管中的电势和局域态密度进行了量子力学模拟.
2014-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anomalous thermopower oscillations in graphene-InAs nanowire vertical heterostructures
热电测量有可能揭示低维材料的态密度。在这里，我们提出了单层石墨烯-纳米线（NW）异质结构的异常热电行为，显示出作为掺杂浓度的函数的大振荡。我们的器件由InAs NW和石墨烯垂直异质结构组成，它们通过薄（$\sim$ 10 nm）六方氮化硼（hBN）层电隔离。与传统的热电测量相比，其中加热器放置在样品的一侧，我们使用InAs NW（直径$\sim 50$ nm）作为放置在石墨烯通道中间的局部加热器。我们测量了由于NW中的焦耳加热引起的石墨烯中的热电势作为温度（1.5K -50 K）和载流子浓度的函数。在双层石墨烯（BLG）- NW异质结的热电电压显示出的狄拉克点附近的符号变化，由莫特的公式预测。相比之下，在单层石墨烯（MLG）-NW异质结构上测量的热电电压显示出狄拉克点周围的异常大振幅振荡，这在来自同一设备上测量的电导率的莫特响应中看不到。异常振荡是由NW的静电势在MLG中修改的态密度的签名，其在NW-BLG器件中弱得多。异质结堆叠的热计算表明，温度梯度在NW下方的石墨烯区域中占主导地位，并且因此对导致热电电压中的异常振荡的状态密度的修改敏感。此外，与应用程序的磁场，我们检测到修改的状态密度由于在MLG和BLG的朗道能级的形成。
2020-12-22 cond-mat.mes-hall
Ultrathin GaN Nanowires: Electronic, Thermal, and Thermoelectric Properties
我们提出了一个全面的计算研究的电子，热，和热电（TE）特性的氮化镓纳米线（NW）在很宽的范围内的厚度（3- 9 nm），掺杂密度（$10^{18}$ -$10^{20}$ cm $^{-3}$），和温度（300- 1000 K）。我们基于系综Monte Carlo输运模拟结合泊松方程和薛定谔方程的自洽解计算了低场电子迁移率。我们使用弛豫时间近似和Poisson-Schrodinger解算器来计算电子塞贝克系数和热导率。晶格热导率的计算使用声子系综蒙特卡罗模拟，与高斯自相关函数描述的真实空间粗糙表面。在整个温度范围内，塞贝克系数增加，而晶格热导率随着线截面的减小而减小，这两者都预示着薄GAN纳米线的TE应用。然而，在室温下，这些好处最终克服了表面粗糙度散射的电子迁移率在非常薄的纳米线的不利影响。最高的室温$ZT$为0.2的4 nm厚的纳米线，而进一步缩小退化。相反，在1000 K，由于极性光学声子散射和多个子带的优势，电子迁移率随NW厚度的变化很弱，有助于运输，所以$ZT$随着限制的增加而增加，达到0.8最佳掺杂的3 nm厚的纳米线。当温度超过1000 K时，GAN纳米线的$ZT$会随着温度的升高而增加，这进一步强调了它们对高温TE应用的适用性。
2014-05-20 cond-mat.mes-hall
Full 3D Quantum Transport Simulation of Atomistic Interface Roughness in Silicon Nanowire FETs
采用基于原子sp3d5s * 紧束缚模型的全三维量子输运模拟器，数值研究了界面粗糙散射（IRS）对硅纳米线场效应晶体管（NWFET）性能的影响.硅和二氧化硅层之间的界面是使用实验得出的自协方差函数（ACVF）在真实空间原子表示中生成的。氧化物层是仿照虚拟晶体近似（VCA）使用虚构的二氧化硅原子。<110>取向的纳米线具有不同的直径和随机产生的表面配置进行了研究。实验观察到的导通电流和阈值电压定量捕获的仿真模型。迁移率降低由于IRS研究通过定性比较的模拟结果与实验结果。
2011-02-03 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph quant-ph
A High-Performance InAs/GaSb Core-Shell Nanowire Line-Tunneling TFET: An Atomistic Mode-Space NEGF Study
利用紧束缚模式空间NEGF技术，我们探索了III-V核壳（CS）纳米线（NW）异质结TFET的基本物理，设计和性能潜力。CS TFET线隧穿电流随着芯直径$d_{C}$显著增加，并且对于$d_{C}$ = 6.6 nm，CS TFET线隧穿电流超过最佳III-V轴向点隧穿NW异质结TFET $I_{ON}$高达6倍。然而，在低电源电压下达到如此高的电流水平，需要并涉及特定的，有时是意想不到的优化和物理，在这里进行了彻底的研究。尽管普遍接受的观点，我们也显示和解释弱栅长度依赖性观察到的线隧穿电流在III-V TFET。我们进一步研究了电子-声子散射和离散掺杂剂杂质带尾对优化的CS NW TFPs的影响。包括这些非理想性，CS-TFET逆变器的性能显着优于轴向TFFET。低功耗（LP）VDD = 0.35V的CS反相器延迟与使用VDD = 0.55V的高性能（HP）Si CMOS的CS反相器延迟相当，这显示了具有HP速度的LP TFET技术的前景。
2018-09-28 cond-mat.mes-hall
Analysis of Thermoelectric Properties of Scaled Silicon Nanowires Using an Atomistic Tight-Binding Model
低维材料提供了改进热电性能的可能性，这是由于用于设计其电子和热性质的附加长度尺度自由度。由于声子传导受到抑制，与原材料的ZT值相比，最近在纳米结构中报道了热电优值ZT的大幅改善。此外，低维度可以提高器件的功率因数，从而提供ZT的额外增强。本文采用sp3d5s* 自旋轨道耦合紧束缚模型计算了硅纳米线的电子结构。的Landauer形式主义被施加到计算的电导率，塞贝克系数，和功率因数的上限。我们研究了直径从3nm到12nm的n型和p型纳米线，在不同的掺杂浓度下，在[100]，[110]和[111]输运取向。使用纳米线中的晶格热导率的实验值，计算ZT的上限。我们发现，在室温下，缩小直径小于7nm可以最多增加一倍的功率因数和提高ZT。然而，在某些情况下，缩放根本不会提高性能。取向，几何形状，和子带工程技术的优化设计进行了讨论。
2010-06-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Simulations of Nanowire Transistors: Atomistic vs. Effective Mass Models
采用10轨道sp 3d 5s * 原子紧束缚模型描述纳米线晶体管的电子结构，采用势垒顶半经典弹道模型计算纳米线晶体管的输运性质，研究了纳米线晶体管中电子输运的弹道性能.色散是自洽计算的二维泊松解的静电势的截面的导线。在强量子化下，纳米线的有效质量从体值显著变化，并且谷分裂等效应强烈地提升了谷的简并性。这些效应在用电荷填充晶格的情况下甚至更明显。有效质量近似仅在某些情况下与紧束缚模型在电流-电压特性方面吻合得很好。一般来说，对于小直径导线，有效质量近似失效。
2008-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric prospects of nanomaterials with spin-orbit surface bands
传统热电材料如Bi、Bi（1-x）Sb（x）和Bi（2）Te（3）的纳米结构复合材料和纳米线阵列具有金属Rashba表面自旋轨道带，其特征在于高迁移率，可与已经提出的拓扑绝缘体行为相媲美。近纯表面电子输运已被观察到在低温下在Bi纳米线的直径约为临界直径，50 nm，半金属到半导体的过渡。表面对热电势有很大贡献，实际上在这些纳米线中温度T < 100 K时占主导地位。表面热电势为-1 T微伏/（K^2），这个值与理论相符。我们表明，表面电子输运与边界声子散射导致增强的热电性能在低温下的Bi纳米线阵列。我们与体n-BiSb合金，优化CsBi（4）Te（6）和优化Bi（2）Te（3）进行了比较。在其他传统热电材料中，可以预期表面主导的电子输运。
2011-08-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon localization in surface-roughness dominated nanowires
近年来，在热电的背景下，声子在纳米材料中可能的局部化的研究已经变得重要，其中声子局部化可以降低热导率，从而提高热电器件的效率。然而，尽管付出了巨大的努力，声子局域化尚未在实际材料中实验观察到。在这里，我们建议，表面粗糙度为主的纳米线是理想的候选人，观察声子的本地化，并显示数值的热脉冲注入在一个给定的点所产生的能量的空间和时间的演变显示出明确的签名声子本地化。我们认为，同样的配置可能允许实验观察声子的本地化。我们的研究结果证实了普遍性的表面粗糙度占主导地位的政权提出的，这使我们能够表征的强度由一个单一的参数相结合的线的宽度，以及平均高度的线和它的相关长度的混乱。
2019-04-19 cond-mat.mes-hall
Atomistic simulations of self-trapped exciton formation in silicon nanostructures: The transition from quantum dots to nanowires
采用含时近似密度泛函理论方法，计算了氢钝化大长径比硅纳米结构的吸收光谱和发光光谱。系统地研究了轴向和径向电子约束效应。对于长度小于2 nm的短纳米棒，激发态弛豫导致了显著的Stokes位移，但对发光强度影响很小。自陷激子的形成同样只观察到短的纳米结构，较长的线表现出完全离域的激子，在激发态的最小几何失真可以忽略不计。
2009-04-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Surface state band mobility and thermopower in semiconducting bismuth nanowires
许多热电材料，如Bi，表现出Rashba自旋轨道表面带，预测了由电子迁移率和增强的热电势组成的拓扑绝缘体行为。Bi纳米线实现了仅表面的电子输运，因为当它们经历体半金属-半导体转变时，它们成为体绝缘体，这是由于直径接近50 nm的量子限制。我们研究了20-，30-，50-和200-nm的三角Bi线。由表面电子和块状空穴引起的Shubnikov-de Haas磁阻振荡使得能够确定它们的密度和迁移率。表面电子具有超过2（m^2）/（Vsec）的高迁移率，并且对热电势有很大贡献，在温度T< 100 K时占主导地位。表面热电势为-1.2 T微伏/（K^2），这一数值与理论相符，提高了基于表面能带的纳米热电材料的发展前景。
2011-03-17 cond-mat.mes-hall
