Thermoelectric properties of armchair phosphorene nanoribbons in the presence of vacancy-induced impurity band
扶手椅型磷烯纳米带（APNR）是一种具有间接带隙的半导体。在这里，我们建议通过创建一个周期性的空位结构（antidot）在APNR的间隙中引入新的状态。紧束缚模型的基础上，我们表明，一个周期性阵列的空位或纳米孔导致形成的杂质带内的间隙区域。我们首先给出了一个解析表达式的杂质带的色散关系所诱导的束缚态杂化与每个单空位缺陷。然后，我们增加空位缺陷的大小，包括一堆原子和理论研究纳米孔的大小和它们的间距对电子能带结构，载流子传输函数，和热电性能的影响。我们对这些结构的发电率和热电效率的分析表明，ANPR可以用作极好的热电发电模块。
2021-02-03 cond-mat.mes-hall
Topological Line Defects around Graphene Nanopores for DNA Sequencing
石墨烯中的拓扑线缺陷代表了一种理想的方式来产生具有降低的维度的高度受控的结构，其可用于电子器件中。在这项工作中，我们提出使用石墨烯中的扩展线缺陷来提高基于纳米孔的DNA测序设备中的核碱基选择性。我们使用QM/MM和非平衡格林函数方法相结合的电导调制，充分考虑溶剂的影响。通过对分子动力学模拟产生的大量不同取向进行采样，我们从理论上证明了在基于石墨烯的电子器件中使用线缺陷区分四个核碱基似乎是可能的。电导的变化与费米能级附近的特定分子态的传输及其与孔的耦合有关。通过施加特定调谐的栅极电压，这样的装置将能够比没有拓扑线缺陷的石墨烯传感器更可靠地区分四种类型的核碱基。
2017-12-06 cond-mat.mes-hall
Field effect and local gating in nitrogen-terminated nanopores (NtNP) and nanogaps (NtNG) in graphene
利用隧道电流方法可以实现单分子生物传感，并有望应用于蛋白质和DNA测序。电极-分子-电极隧穿电流主要取决于分子能级是否参与电子输运。在这里，我们发现，采用DFT和非平衡格林函数形式主义，放置在石墨烯电极之间的苯分子能级的能量受到电极终端的强烈影响。在电极末端形成的依赖于终端的偶极子诱导间隙场效应，这是负责移动的分子水平。我们表明，HOMO是最接近费米能量的氮封端的纳米间隙（NtNG）和纳米孔（NtNP），促进他们作为强有力的候选人单分子传感应用。
2018-12-26 cond-mat.mes-hall
Nanopore creation in graphene at the nanoscale for water desalination
本文提出利用氩等离子磁控溅射在石墨烯中可控创建纳米孔，并设计了一种带纳米孔的双石墨烯电极水过滤装置，实现了最高渗透率、近100%盐截留率及力学性能提升，对开发海水淡化膜意义重大。
2023-05-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Maxwell-Hall access resistance in graphene nanopores
由于从本体到收缩部（例如纳米孔）的会聚而产生的阻力是运输现象的主要部分。在经典的电传导中，麦克斯韦和后来的霍尔对于离子传导，预测这种进入或收敛电阻与体积尺寸无关，并且与孔半径$a$成反比，对于完美的圆形孔。然而，更一般地，这种阻力是上下文的，它取决于官能团/电荷和波动的存在，以及（有效）收缩几何形状/尺寸。解决上下文一般需要全原子模拟，但这需要巨大的资源，由于代数衰减收敛的性质。我们开发了一个有限尺寸标度分析，让人想起的治疗的关键现象，这使得在这样的模拟中的收敛阻力。该分析表明，模拟单元存在“黄金纵横比”，其产生具有有限系统的无限系统结果。我们采用这种方法来解决石墨烯纳米孔电阻的半径依赖性的实验和理论差异。
2018-02-14 cond-mat.mes-hall
Ionic selectivity and filtration from fragmented dehydration in multilayer graphene nanopores
选择性离子转运是生物离子通道行为的标志，但对人工膜的工程设计是一个重大挑战。在这里，我们证明，与全原子分子动力学模拟，裸露的石墨烯纳米孔产生可测量的离子选择性，变化超过一至两个数量级，简单地通过改变孔半径和石墨烯层的数量。单层石墨烯不显示脱水诱导的选择性，直到孔半径小到足以将第一水合层从孔内部排除。然而，双层和三层石墨烯对于几乎不侵入第一水合层的孔径已经显示出这种选择性，这是由于来自第二水合层的更显著的水损失。从第一和第二水化层屏障测量选择性和活化屏障将有助于阐明生物离子通道的行为。此外，负责选择性的能垒-虽然在水合能的尺度上很小-已经相对较大，即，许多$k_B$。因此，为了从水中分离离子，可以将较长、较大半径的孔交换为较短、较小半径的孔，从而提供了一种用于保持排阻效率同时增强其他性能（例如，水通量）。
2017-08-10 cond-mat.mes-hall
DNA Base Detection Using Two-Dimensional Materials Beyond Graphene
石墨烯在纳米孔DNA测序中的成功表明，除了石墨烯之外，还可以探索其他潜在的单原子和少原子厚的2D材料层，并且这些材料可以表现出优于石墨烯的DNA碱基检测的迷人和技术上有用的特性。在这篇文章中，我们回顾了使用石墨烯以外的2D材料进行DNA碱基检测的最新技术。首先，我们提出了一个概述的纳米孔为基础的DNA测序方法，使用生物和固态纳米孔，并讨论了几个挑战，限制其用于单碱基分辨率。然后，我们概述了使用石墨烯的进展，挑战和机遇。此外，我们还讨论了石墨烯以外的几种潜在的2D材料，如六方氮化硼，石墨烯以外的元素2D材料和2D过渡金属二硫属化物。最后，我们强调了使用范德华材料先进的DNA碱基检测技术的潜力。
2022-01-18 cond-mat.mes-hall
DNA Translocation through Graphene Nanopores
纳米孔-可以传输离子和分子的纳米尺寸的孔-是用于基因组筛选，特别是DNA测序的非常有前途的装置。然而，固态孔和生物孔都有缺点，即构成孔的通道很长，即DNA分子中两个碱基之间距离的10-100倍（对于单链DNA为0.5nm）。在这里，我们证明了有可能实现和使用石墨烯单层中制造的纳米孔用于单分子DNA易位。通过将石墨烯薄片放置在氮化硅膜中的微米尺寸孔上并使用电子束在石墨烯中钻出纳米尺寸孔来获得孔。当单个DNA分子通过孔移位时，在通过纳米孔的离子电流中观察到特征性的暂时电导变化，为未来的基因组筛选奠定了基础。
2010-05-26 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph
Enhanced thermoelectric figure of merit in vertical graphene junctions
在这项工作中，我们研究了由两个部分重叠的石墨烯片在交叉平面方向上相互耦合组成的结的热电性能。结果表明，由于石墨烯层之间的弱范德华相互作用，在这些结中的声子电导强烈减少，相比于单石墨烯层结构，而它们的电性能受到微弱的影响。通过利用这种效应，我们证明了在室温下，在由带隙石墨烯材料制成的结中，例如石墨烯纳米带和石墨烯纳米网，热电优值可以达到高于1的值。还讨论了热电性能对结长的依赖关系。因此，该理论研究提出了一种有效的方法来提高石墨烯器件的热电效率。
2014-08-26 cond-mat.mes-hall
Next Generation Epigenetic Detection Technique:Identifying Methylated DNA using Graphene Nanopore
DNA甲基化在胚胎和成体细胞的遗传进化中起着关键作用。对于成年体细胞，甲基化的位置和动力学已经用胞嘧啶磷酸-鸟嘌呤（CpG）单元上的5-胞嘧啶标记物非常精确地固定下来。CpG岛上的异常甲基化被认为是肿瘤抑制基因沉默的主要原因之一。这种甲基化的早期检测可以诊断细胞的潜在有害致癌进化，并为癌症预防提供有希望的指导方针。基于这个动机，我们提出了一种胞嘧啶甲基化检测技术，我们的假设是，当分子通过纳米孔易位时，获得的DNA的电子特征对于甲基化和非甲基化碱基会有显著不同。电子指纹的这种差异将允许可靠的甲基化DNA的实时区分。我们计算了通过穿孔的石墨烯膜的运输电流，而胞嘧啶和甲基化胞嘧啶通过纳米孔易位。我们还计算了尿嘧啶和氰基胞嘧啶的输运性质进行比较。我们的传输，电流和隧穿电导的计算显示不同的签名，在他们的光谱为每种分子类型。因此，在这项工作中，我们提供了一个理论分析，指出我们的假设的可行性。
2014-06-03 cond-mat.mes-hall
Interface of graphene nanopore and hexagonal boron nitride as a sensing device
嵌入六方氮化硼中的石墨烯条的原子精确控制合成为构建具有传感应用的纳米器件开辟了新的可能性。在这里，我们探索的电子结构和量子输运的石墨烯纳米颗粒嵌入六方氮化硼的性质，使用密度泛函理论和非平衡格林函数方法相结合，计算电导。我们发现，石墨烯纳米粒子的签名被保存在透射光谱和本地电流主要局限于石墨烯域。当在系统的石墨烯部分中产生适当尺寸的纳米孔时，电子电流被限制在沿着六方氮化硼边界运行的碳链上。这种情况可以使假设的纳米器件对通过纳米孔的分子的电子性质变得高度敏感，从而开辟了基于石墨烯纳米管中实时电导调制测量的气体分子，氨基酸甚至DNA序列检测的方法。
2016-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photo-Thermoelectric Effect at a Graphene Interface Junction
利用光电流显微镜研究了单层石墨烯和双层石墨烯形成的石墨烯界面结的光电响应。我们测量的极性和幅度的PC，而不同的费米能级通过调整栅极电压。这些测量表明，PC的产生是通过光电效应。与室温相比，PC在低温下显示出约10倍的增加。假设热电功率对温度具有线性依赖性，则从温度依赖性测量推断的石墨烯热导率具有低于~100 K的T^{1.5}依赖性，这与最近的理论预测一致。
2009-07-18 cond-mat.mes-hall
Anomalous thermoelectric transport of Dirac particles in graphene
我们报告了石墨烯在零磁场和外加磁场中的热电研究。作为无质量粒子的线性色散的直接结果，我们发现塞贝克系数Sxx发散1 /，其中n2 D是载流子密度。我们观察到一个非常大的能斯特信号Sxy（~ 50 uV/K在8 T）在狄拉克点，和振荡的依赖性Sxx和Sxy在低温下对n2 D。我们的研究结果强调了石墨烯中的异常热电输运，这可能是一个高灵敏度的探针附近的狄拉克点的杂质带。
2009-04-02 cond-mat.mes-hall
Enhanced current rectification in graphene nanoribbons: Effects of geometries and orientations of nanopores
我们讨论了在石墨烯纳米管（GNR）中实现整流操作的可能性。对于要成为整流器的系统，它必须是物理不对称的，并且我们通过引入纳米孔来诱导GNR中的不对称性。不同结构的纳米孔的整流性能进行了讨论。我们发现，纳米孔的形状和取向是关键和敏感的程度的电流整流。由于费米能的选择对于获得显著的电流整流是至关重要的，因此还针对纳米孔的特定形状研究了费米能对电流整流程度的明确依赖性。最后，纳米孔径的作用和不同的空间分布的静电势分布在整个GNR进行了讨论。鉴于所提出的方法的简单性和有前途的结果，本命题可能导致一种新的路线，得到电流整流在不同种类的材料，其中纳米孔可以选择性地形成。
2021-12-09 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.comp-ph
Thermoelectric Features of Magnetic Doped Graphene Nanoribbons
在室温下研究了磁性杂质Fe和Co掺杂石墨烯纳米带的热电性能。我们报告的能带结构相关的性质，如电导率，载流子的电荷和塞贝克系数的研究。我们用半经典玻尔兹曼方法研究了其热电性质。利用考虑Hubbard相互作用的密度泛函理论计算了掺杂纳米带的电子能带结构。在这项工作中，我们比较了不同类型的纳米带和它们的热电功能的存在和不存在的磁性杂质，并讨论杂质和纳米带的边缘之间的距离的重要性。
2019-03-09 cond-mat.mes-hall
Thermoelectric Transport in Graphene/$h$-BN/Graphene Heterostructures: A Computational Study
基于Boltzmann电子输运理论，采用基于平面波方法的密度泛函理论计算的能带结构，对石墨烯（G）/六方氮化硼（BN）/G三明治异质结构的热电输运性质进行了第一性原理研究.对夹在石墨烯层之间的具有三种不同布置的三层、四层和五层BN层进行计算，以获得$T\sim 25-400$ K范围内的塞贝克系数和功率因数。利用分子动力学（MD）方法，在超大模拟单元下，计算了异质结的热导率（$K$），并最终得到了异质结的品质因数（$ZT$）。这些结果与最近报道的实验测量结果一致。
2016-03-22 cond-mat.mes-hall
Voltage gated inter-cation selective ion channels from graphene nanopores
生物蛋白质离子通道具有选择性控制离子流的能力，在许多生理过程中发挥着重要作用。对于需要生物离子通道功能的实际应用，石墨烯提供了一种有前途的固态替代品，由于其原子薄和机械强度。在这里，我们证明了引入到石墨烯膜中的纳米孔，直径高达50 nm，表现出阳离子间的选择性，K+比二价阳离子优先约20倍，并且可以通过施加的栅极电压来调节。石墨烯装置的液体原子力显微镜揭示孔附近的表面纳米气泡负责所观察到的选择性行为。分子动力学模拟表明，离子穿过孔的移位可能经由孔和纳米气泡边缘处的薄水层发生。我们的结果表明，通过固态纳米孔装置和通过利用去湿状态的孔显示的阳离子间选择性的显著改善，提供了一种制造选择性石墨烯膜的方法，该方法不依赖于亚纳米孔的制造。
2019-05-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First principles investigation of nanopore sequencing using variable voltage bias on graphene-based nanoribbons
在这项研究中，我们研究了基于纳米孔的DNA测序的机制，使用跨石墨烯纳米管的电压偏置。利用密度泛函理论和非平衡格林函数方法，我们确定了腺嘌呤，鸟嘌呤，胞嘧啶，胸腺嘧啶和尿嘧啶的透射光谱和电流分布作为偏置电压的函数，在能量最小化配置。利用传输电流，我们提供了一种用于开发基于三纳米孔石墨烯的装置的通用方法，该装置可用于区分用于DNA/RNA测序的各种核碱基。从我们的分析中，我们推断可以使用跨多纳米孔装置的不同横向电流来使用0.5、1.3和1.6 V的各种电压区分核碱基。总体而言，我们的目标是改进纳米孔设计以进一步DNA/RNA核碱基测序和生物分子鉴定技术。
2018-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Thermoelectric Transport of Massive Dirac Fermions in Bilayer Graphene
热电功率（TEP）的测量在双层石墨烯的各种温度和电荷载流子密度。在低温下，测得的TEP很好地遵循半经典的莫特公式与双曲色散关系。高载流子密度的TEP显示出线性的温度依赖性，这表明在双层石墨烯中存在弱的电子-声子相互作用。对于低载流子密度，在高温下观察到与Mott关系的偏离，这归因于双层石墨烯中的低费米温度。振荡TEP和能斯特效应的变化的载流子密度，观察到在一个高的磁场，定性地解释了系统的二维性。
2010-12-13 cond-mat.mes-hall
Thermoelectric and Magnetothermoelectric Transport Measurements of Graphene
石墨烯的电导和热电功率（TEP）的同时测量使用微制造的加热器和温度计电极。随着多数载流子密度从电子切换到空穴，TEP的符号在电荷中性点上改变。门控电导和TEP表现出与半经典Mott关系的定量协议。在高磁场下的量子霍尔体系中，观察到了量子化的热电势和能斯特信号，除了在电荷中性点附近有很强的偏离外，量子化的热电势和能斯特信号也符合广义Mott关系.
2008-12-07 cond-mat.mes-hall
DNA nucleotide-specific modulation of μA transverse edge currents through a metallic graphene nanoribbon with a nanopore
我们提出了用于DNA测序的双端装置，其由具有锯齿形边缘的金属石墨烯纳米载体（ZGNR）和在其内部的纳米孔组成，DNA分子通过该纳米孔移位。使用非平衡格林函数结合密度泛函理论，我们证明了插入到纳米孔中的四个DNA核苷酸中的每一个，其边缘碳原子被氢或氮钝化，将导致器件电导的独特变化。不像其他最近的生物传感器基于通过DNA核苷酸的横向电子传输，其利用小的（pA的数量级）隧道电流穿过纳米间隙或纳米孔，产生差的信噪比，我们的设备概念依赖于这样的事实，即在ZGNRs中，局部电流密度在边缘周围达到峰值，使得远离边缘钻纳米孔不会减少电导。将DNA核苷酸插入纳米孔中会影响周围区域的电荷密度，从而调制边缘传导电流，其幅度在偏置电压约0.1 V时为μA量级。所提出的生物传感器不限于ZGNRs，并且可以用支持横向边缘电流的其他纳米线来实现，例如手性GNRs或由二维拓扑绝缘体制成的导线。
2011-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
THz-circuits driven by photo-thermoelectric graphene-junctions
对于未来的片上通信方案，必须将具有超快光电功能的纳米级材料集成到高频电路中。原子级厚度的石墨烯由于其宽带光吸收和高电子迁移率而被广泛证明适用于光伏和光电子器件。此外，光生载流子的超快弛豫已在石墨烯中得到验证。在这里，我们表明，双栅石墨烯结可以是太赫兹电路的功能部分。作为基础的光电过程，我们利用超快光热电电流。我们描述了飞秒激光激发后无偏置器件的即时光热电电流。对于皮秒的时间尺度后的光激发，一个额外的光热电的贡献出现，这表现出的指纹的空间反转的温度分布。后者可以通过石墨烯内的电子和声子浴与衬底和金属接触的不同时间常数和热耦合机制来理解。这些过程的相互作用在高频电路中产生了超快电磁瞬变，对于基于石墨烯的超快光电探测器和开关的基本理解同样重要。
2016-07-05 cond-mat.mes-hall
Enhancement of thermoelectric performance in Graphene/BN heterostructures
采用原子模拟方法研究了石墨烯和六方氮化硼（BN）面内异质结构的热电性能。异质结构由扶手椅型石墨烯纳米带组成，BN薄片周期性地附接到其侧面。这种布置在带的不同部分之间产生强烈的声子模式失配，这导致非常小的声子电导，而电子传输受到微弱的影响。结合由BN诱导的带隙开放或加宽产生的大的塞贝克系数，示出了取决于石墨烯纳米晶宽度，在相对低的费米能下可以在完美结构中达到大的热电优值系数ZT > 0.8。甚至可以通过在沟道中适当地引入空位来实现高值ZT = 1.48，这是声子电导进一步退化的结果。
2015-08-18 cond-mat.mes-hall
Dimensional crossover and enhanced thermoelectric efficiency due to broken symmetry in graphene antidot lattices
石墨烯反点晶格（GAL）是二维（2D）单层，其在原本原始的石墨烯中具有周期性放置的孔。我们调查的对称和不对称的GAL结构具有六边形孔的电子特性，并表明，各向异性的2D GAL可以显示一个维度的交叉，有效地一维（1D）的电子结构可以实现在二维周围的电荷中性点。我们利用非平衡格林函数（NEGF）方法研究了这些二维半导体激光器的输运和热电性质。尺寸交叉表现为传输平台（1D系统的特征）和热电效率的增强，其中热电优值$zT$在室温下可高达0.9。我们还研究了Anderson无序下的输运性质，发现各向异性结构的有效一维电子的平均自由程比各向同性结构的有效一维电子的平均自由程长得多。我们进一步认为，由于对称性破缺和热电效率的提高，尺寸交叉可以是几乎所有二维材料的纳米结构化策略。
2020-09-03 cond-mat.mes-hall
Photo-thermoelectric detection of cyclotron resonance in asymmetrically carrier-doped graphene two-terminal device
已知石墨烯显示出可以超过其光伏贡献的显著光电效应。在这里，通过利用这种效应，我们证明了在双背栅h-BN/石墨烯/h-BN双端器件的回旋共振的光电压测量。除了p型掺杂的Si全局背栅之外，还制造了石墨局部底栅。通过调节两个栅极电压，产生具有不对称载流子掺杂分布的面内石墨烯结。借助于这种非对称结构，检测到在金属电极/石墨烯结附近产生的光热电电压。在低温和存在磁场的情况下，在红外激光（波长= 9.28至10.61微米）的照射下测量光感应电压。我们观察到一个强烈的增强的光电压信号的回旋共振条件下，在该条件下的激发能量与朗道能级之间的跃迁相一致。这些结果突出了利用石墨烯中的光电热效应进行太赫兹光探测的可能性。
2018-09-06 cond-mat.mes-hall
Universal Thermoelectric Effect of Dirac Fermions in Graphene
我们数值研究了强磁场和无序条件下石墨烯中狄拉克费米子的热电输运。我们发现，热电输运系数表现出普遍的行为依赖于温度和无序加宽的朗道能级（LLs）的宽度之间的比率。横向热电电导率$α_{xy}$在高温区在每个LL的中心处达到一个普适量子值，并且在低温下具有线性温度依赖性。计算的能斯特信号在中心LL处具有$k_B/e$量级的峰，并且在其他LL附近改变符号，而热电势具有相反的行为，与实验数据吻合良好。在很宽的温度范围内验证了热电和电输运系数之间的广义Mott关系的有效性。
2010-02-19 cond-mat.mes-hall
Thermoelectric and thermospin transport in a ballistic junction of graphene
我们从理论上考虑一个宽的石墨烯带，其两端连接到通常具有不同温度的电子库。假设石墨烯带沉积在衬底上，这导致Rashba类型的自旋-轨道耦合。我们计算的热诱导电荷电流的弹道输运制度，以及热电电压（塞贝克效应）。除此之外，我们还考虑了石墨烯带的热诱导自旋电流和自旋极化。自旋电流一般有两个组成部分，一个平行于温度梯度，另一个垂直于这个梯度。后者对应于由于自旋能斯特效应而产生的自旋流。此外，我们还考虑了由于电子的转移，在水库之间的热流。
2015-04-16 cond-mat.mes-hall
Stacking-order dependence in thermoelectric transport of biased trilayer graphene
本文数值研究了在强垂直磁场作用下，层间偏压存在下，不同堆叠顺序的三层石墨烯的热电输运和热输运。在有偏压的ABA堆叠的情况下，我们发现热电电导率随温度的变化呈现出不同的渐近行为，类似于单层石墨烯。在高温区，横向热电传导率$α_{xy}$在各LL中心处饱和到一个普适值$2.77 k_B e/h$，而在低温区则表现出线性的温度依赖性.计算的横向热导率$κ_{xy}$表现出两个平台远离带中心。两个平台之间的过渡是连续的，这是伴随着在纵向热导率$κ_{xx}$的一个明显的峰值。在偏置ABC叠层的情况下，发现热电电导率和热导率都具有与偏置双层石墨烯相似的性质，这与带绝缘体的行为一致。结果表明，在狄拉克点附近的带隙的热电电导率的敏感性。我们还验证了Mott关系和广义Wiedemann-Franz定律的有效性。
2012-06-20 cond-mat.mes-hall
Enhanced Thermoelectric Power in Graphene: Violation of the Mott Relation By Inelastic Scattering
我们报道了在极低无序度的石墨烯中热电功率（TEP）的增强。在高温下，我们观察到的TEP是大大大于莫特关系的预测，接近流体动力学极限，由于强烈的非弹性散射之间的载流子。然而，接近室温的非弹性载流子-光学-声子散射变得更加显著，并限制TEP低于流体动力学预测。我们支持我们的观察，采用玻尔兹曼理论纳入无序，电子相互作用，光学声子。
2016-01-26 cond-mat.mes-hall
Thermoelectric properties of the Corbino disk in graphene
该研究计算了量子霍尔体系下石墨烯Corbino盘的热电势与洛伦兹数，发现其热电特性仅由磁场、温度等参数决定、与几何尺寸无关，可用于制备热电温度计测量微小温差。
2023-06-03 cond-mat.mes-hall
High Thermoelectric Power Factor in Graphene/hBN Devices
纳米级的快速和可控冷却需要高效被动冷却和主动冷却的组合。虽然石墨烯基器件中的被动冷却由于石墨烯非凡的热传导而非常有效，但由于石墨烯的低热电功率因数，主动冷却尚未被认为是可行的。在这里，我们表明，石墨烯的热电性能可以显着提高使用hBN基板，而不是SiO2。我们发现的室温效率的主动冷却，衡量的功率因数乘以温度，达到高达10.35 W/mK的值，对应于两倍以上的最高室温散装功率因数，5 W/mK的YbAl 3，和四倍的最佳二维功率因数，2.5 W/mK，在二硫化钼2。我们进一步表明，在这些设备中的电子空穴水坑区域显着减少。这使得能够在n型和p型集成主动冷却器件中应用塞贝克系数极性的快速栅极控制切换。
2016-07-03 cond-mat.mes-hall
Thermoelectric and thermal transport in bilayer graphene systems
数值研究了强垂直磁场作用下双层石墨烯的热电输运和热输运的无序效应。在无偏的情况下，我们发现热电输运具有与单层石墨烯相似的性质，即，能斯特信号在具有$k_B/e$量级的值的中心朗道能级（LL）处具有峰值，并且在其它LL附近改变符号，而热电势具有相反的行为。我们把这归因于狄拉克点周围粒子和空穴LLs的共存。当施加有限的层间偏压并打开带隙时，发现其输运性质与带绝缘体的输运性质一致。我们进一步研究了电子起源的热输运，验证了广义Weidemann-Franz定律的有效性。
2011-03-22 cond-mat.mes-hall
Field-Effect Control of Graphene-Fullerene Thermoelectric Nanodevices
虽然它被证明，离散的分子水平确定的符号和大小的热电效应在单分子结，这些水平的完全静电控制至今尚未实现。在这里，我们展示了石墨烯纳米间隙与金微加热器的结合，作为研究单分子热电性的试验平台。与常规金属电极相比，减少了栅极电场的屏蔽，从而允许通过数百meV来控制主导传输轨道的位置。我们发现，石墨烯-富勒烯结的功率因数可以被调谐超过几个数量级的一个值接近孤立的Breit-Wigner共振的理论极限。此外，我们的数据表明，一个隔离的水平的功率因数只给出了隧道耦合到引线和温度。这些结果开辟了新的途径，探索热电和电荷传输在单个分子，并强调水平对齐和耦合到电极的重要性，以优化能量转换在有机热电材料。
2017-10-23 cond-mat.mes-hall
Enhancement of thermoelectric figure-of-merit of Graphene upon BN-doping and sample length reduction
使用基于第一性原理密度泛函微扰理论的长度相关晶格热导率（\k{appa} L）的计算，并使用我们先前计算的电输运结果（Phys Rev B 95 085435（2017）），我们报告了单层和双层石墨烯的热电优值（ZT）的结果。我们发现掺杂氮化硼的石墨烯样品的ZT增加了近十倍，并且样品长度减少。我们还比较了\k{appa} L使用迭代实空间方法计算与传统的分析Callaway-Klemens方法，并获得弯曲（ZA）声子模式是占主导地位的热输运不同于在后者的方法。我们的计算与现有的实验数据符合得很好。
2018-09-04 cond-mat.mes-hall
Enhancement of the thermoelectric properties in bilayer graphene structures induced by Fano resonances
双层石墨烯的Fano和混合共振对于热电器件可能是有吸引力的。这种共振所呈现的特殊轮廓可以显著提高塞贝克系数和功率因数。在这项工作中，我们研究了双层石墨烯单，双势垒结构的热电性能。通过有效的类狄拉克哈密顿量将载流子描述为大量的手征粒子。采用混合矩阵法、Landauer-Büttiker公式和Cutler-Mott公式分别计算了材料的透射、输运和热电特性。分析了无间隙和有间隙的单、双势垒的塞贝克系数和功率因子。我们发现，在Fano共振发生的能量范围内，塞贝克系数达到几十mV/K的值，功率因数达到nW/K的数量级的值。混合共振也维持高值的热电性能，但不像法诺共振高。我们还发现，尽管Fano和混合配置文件中表现出的带隙势垒结构的电导，塞贝克系数和功率因数系统地降低，带隙变大。因此，我们的研究结果表明，双层石墨烯势垒结构可以用于改善热电器件的响应。
2020-08-11 cond-mat.mes-hall
Thermoelectric Amplification of Phonons in Graphene
从理论上研究了石墨烯中由于外部温度梯度（$\nabla T$）引起的声学声子放大。在各种频率$ω_q$和温度$T$下评估石墨烯中吸收转换为放大的阈值温度梯度$(\nabla T)_0^{g}$。对于$T = 77K$和频率$ω_q = 12THz$、$(\nabla T)_0^{g} = 0.37Km^{-1}$。在$ql >> 1$的方案中进行计算。的依赖性的归一化（$Γ/Γ_0$）的频率$ω_q$和温度梯度$(\nabla T/T)$的数值计算和图形。石墨烯的计算的$(\nabla T)_0^{g}$低于对于均匀半导体（$n-InSb$）$(\nabla T)_0^{hom} \approx 10^3Kcm^{-1}$、超晶格$(\nabla T)_0^{SL} = 384Kcm^{-1}$、圆柱形量子线$(\nabla T)_0^{cqw} \approx 10^2Kcm^{-1}$获得的$(\nabla T)_0^{g}$。这使得石墨烯成为热电声子放大器的更好材料。
2015-07-01 cond-mat.mes-hall
Thermoelectric properties of disordered graphene antidot devices
我们计算的电子和热输运性质的设备的基础上有限的石墨烯antidot晶格（GAL）连接到完美的石墨烯引线。我们使用原子的方法的基础上的$π$紧束缚模型，布伦纳潜力，并采用递归格林函数。我们考虑了随机无序对电子和热输运性质的影响，并研究了通过剪裁无序的热电价值的潜在增益。我们提出了几种路线来优化GAL系统的传输特性。最后，我们说明了如何量子热输运可以解决分子动力学模拟，并比较的GAL系统的弹道极限的格林函数的结果。
2012-09-14 cond-mat.mes-hall
Lifshitz transition and thermoelectric properties of bilayer graphene
本文研究了在有效哈密顿量中引入三角弯曲项时弹道双层石墨烯的热电性质。我们发现，在亚开尔文温度下的长度为$L>10\,μ$ m的介观样品中，塞贝克系数和洛伦兹数都显示出异常（额外的最大值和最小值，分别），当电化学电势接近Lifshitz能量时，这可以归因于体密度状态中的范霍夫奇异性的存在。在更高的温度下，反常现象消失了，但是表征塞贝克系数剩余最大值的可测量量仍然揭示了无质量狄拉克费米子的存在，并使确定三角弯曲强度成为可能。热电优值（$ZT$）的行为进行了讨论。
2018-02-28 cond-mat.mes-hall
Optical excitations and thermoelectric properties of 2D holey graphene
最近，多孔石墨烯（HG）已成功地合成了原子精度的孔的大小和形状。这显示了能源和环境应用的有趣的物理和化学性质。孔的成形也将半金属石墨烯转化为半导体多孔石墨烯，这为其在电子应用中的使用打开了新的大门。我们利用第一性原理计算系统地研究了HG结构的结构、电子、光学和热电性质。发现HG具有0.65 eV（PBE官能的）、0.95 eV（HSE 06官能的）的直接带隙，并且HSE 06官能的与实验结果良好一致。对于光学性质，我们通过求解Bethe-Salpeter方程来确定层内激子效应，从而使用单次激发G 0 W 0计算。从吸收光谱，我们得到的光学带隙为1.28 eV和一周激子结合能为80 meV。我们已经发现了大的值的热电势为1662.59 $μ$ V/K和更好的电子优值，ZT $_{e}$为1.13从所研究的热电性能。我们的研究表明，在可见光区域，这使得HG单分子膜的光电和热电应用的一个有前途的候选人强和广泛的光吸收。
2020-05-16 cond-mat.mes-hall
Enhanced thermoelectric performance of twisted bilayer graphene nanoribbons junction
采用第一性原理计算，结合Landauer-Buttiker和Boltzmann理论，研究了扭曲双层石墨烯纳米结（TBGNRJ）在$0^o$、$21.8^o$、$38.2^o$和$60^o$旋转角下的电子输运和热电性质.结果表明，在$\pm$ 0.2 V偏压下，TBGNRJ在$21.8^o$和$38.2^o$旋转角上呈现负微分电阻（NDR）.更重要的是，在300 K下，在$21.8^o$旋转角下可以获得2.0、2.7和6.1的三个峰值ZT值。TBGNRJ出色的ZT值被解释为在优化的角度下降低的热导率和增强的电导率的组合。
2018-11-04 cond-mat.mes-hall
Thermoelectric effects in graphene with local spin-orbit interaction
我们研究了Rashba自旋轨道相互作用下石墨烯层的输运性质。通常，自旋-轨道相互作用诱导石墨烯能带结构的自旋分裂和修改。我们计算内的散射方法的线性电和热电响应的一个干净的样品时，Rashba耦合是本地化的有限区域。我们发现，热电电导，不同于其电对应物，是相当敏感的费米能量的外部调制。因此，我们的研究结果表明，热电流测量可以作为一个有用的工具来检测非均匀的自旋轨道相互作用存在于石墨烯为基础的设备。此外，我们发现，结的热电势在很大程度上是由一个独立的自旋轨道势散射的内在项。我们讨论了通过在子带空间中求解塞贝克系数来消除固有热势的可能性。这导致电子模式的不平衡的群体，其可以用外部栅极电压或施加的温度偏置来调谐。
2014-12-04 cond-mat.mes-hall
Effects of zigzag edge states on the thermoelectric properties of finite graphene nanoribbons
在紧束缚模型和格林函数方法的框架下，研究了有限长石墨烯纳米带与金属电极耦合时的热电特性。当锯齿形边耦合到电极时，只有当电极之间的沟道长度小于这些局部锯齿形边缘态的衰减长度时，才能发生通过局部边缘态的电子输运。当扶手椅边缘耦合到电极时，当GNR处于半导体相时，存在与中间带隙状态相关联的有趣的热电行为。在这里，我们表明，锯齿形边缘态的扶手椅侧连接到电极的GNRs的热电行为类似于两个平行的量子点具有相似的轨道简并度。此外，它表明，由锯齿形边缘状态给出的电导和功率因数是相当强大的缺陷散射。
2022-07-09 cond-mat.mes-hall
Quantum coherent control of linear and nonlinear thermoelectricity on graphene nanostructure heat engines
本研究针对石墨烯纳米结构热机，结合密度泛函紧束缚计算，证明调控弯曲角和局域栅压可抑制晶格热输运并在线性及非线性区域提升效率与输出功率。
2024-01-15 cond-mat.mes-hall
Optimizing isotope and vacancy engineering in graphene ribbons to enhance the thermoelectric performance without degrading the electronic properties
热电优值ZT的提高需要增加功率因数或降低声子电导，甚至两者兼而有之。在石墨烯中，高的声子热导率是限制热电转换的主要因素。因此，提高ZT的常用策略是引入声子散射体以抑制声子电导，同时保持高电导和塞贝克系数。尽管热电性能最终得到增强，但基于该策略的所有研究均显示电导显著降低，通常导致较低的电子性能。在这项研究中，我们表明，适当的来源的障碍，包括同位素和空位在最低的电子密度的位置，可以被用作声子散射体，以减少在石墨烯带的声子电导，而不会降低电导，特别是在低能量区域，这是最重要的范围为设备操作。通过半经验紧束缚和力常数模型结合非平衡格林函数的原子计算，我们发现石墨烯带的自然电子性质可以完全保留，同时其热电效率大大提高.对于宽度M = 5二聚体线的带，室温ZT从小于0.26的无缺陷带提高到大于2.5。这项研究很可能为新一代具有双电子热电功能的纳米器件设定里程碑。
2016-09-16 cond-mat.mes-hall
Evidence of Lifshitz transition in thermoelectric power of ultrahigh mobility bilayer graphene
解析态密度（DOS）中的低能特征是理解基于石墨烯的二维异质结构中各种丰富的新现象的关键。从理论和实验上证实了双层石墨烯中三角翘曲引起的Lifshitz相变。然而，由于其相对较低的能量尺度（$\sim 1$ meV），其对输运性质的影响的实验实现一直具有挑战性。在这项工作中，我们表明，热电功率（TEP）可以作为一个有效的探针，调查的DOS的BLG的细微变化。我们观察到额外的熵功能在附近的电荷中性点（CNP）的带隙BLG。这种对莫特公式的明显违反可以通过考虑三角翘曲的影响来定量解释，从而作为Lifshitz转变的可能证据。
2020-03-05 cond-mat.mes-hall
Thermoelectric properties of graphene/boron nitride heterostructures
使用密度泛函理论结合格林函数散射方法，我们研究了由交替长度的石墨烯和氮化硼形成的异质纳米带的热电性能。在这样的结构中，氮化硼充当隧道势垒，其弱耦合石墨烯中的状态以形成迷你带。在未掺杂的纳米带中，迷你带相对于费米能对称地定位，并且不会显著增强热电性能。相反，当带掺杂的电子给予或电子接受吸附质，热电势S和电子品质因数提高，可以得到正或负的热电势。在最有利的情况下，用电子给体四硫富瓦烯（TTF）掺杂将室温热电势增加到-284 μv/K，用电子受体四氰基乙烯（TCNE）掺杂将S增加到210 μv/K。包括电子和声子的贡献后的热导，品质因数ZT高达0.9的顺序。
2015-10-04 cond-mat.mes-hall
Enhancing thermoelectric properties of graphene quantum rings
我们研究了对称或非对称连接到引线的矩形石墨烯环的热电性能。在环上施加的侧栅极电压允许精确控制流过系统的电流。环的透射系数表现为布赖特-维格纳线形和/或法诺线形，具体取决于连接配置、形成环的纳米带的宽度和侧栅电压。我们发现，热电势和品质因数大大增强时，化学势调谐接近共振。这种增强在Fano类反共振附近甚至更明显，这可以由独立于几何形状的侧栅电压引起。这开启了使用所提出的装置作为可调谐热电发电机的可能性。
2015-02-18 cond-mat.mes-hall
Finite U thermoelectrical transport in graphene based quantum dots
我们研究了两个石墨烯电极上相互作用的点的热电输运。石墨烯的能带结构表现出一种赝能隙态密度，它强烈地影响着输运性质。在这项工作中，我们专注于库仑阻塞制度，并推导出Onsager矩阵O_{ij}的表达，涉及的电流和热电流与电和热的线性响应制度的偏见。我们的研究结果显示双峰结构的电导率和热导率与点的水平，根据库仑阻塞现象。然而，值得注意的是，热导比电导小得多，导致对于某些栅极电压的高品质因数值。最后，我们报告了一个大的偏离，主要是由赝能隙密度的状态在接触和弱相互作用的影响所造成的Wiedemann-Franz定律。
2016-01-10 cond-mat.mes-hall
Derivative relations between electrical and thermoelectric quantum transport coefficients in graphene
我们发现，纵向和霍尔折射率（即Rxx和Rxy）之间的经验关系及其对应的塞贝克和能斯特系数（即Sxx和Sxy），都最初发现在二维电子气体，持有非常好的石墨烯在量子输运制度，除了附近的狄拉克点。通过独立地改变石墨烯中的磁场和载流子密度来交叉检查关系的有效性。我们证明了前因子α_s不依赖于石墨烯中的载流子密度。通过调整载流子迁移率从而调整无序度，我们发现前因子保持不变。在狄拉克点附近，低密度下的不同机制，如载流子局域化，可能是导致这些关系破裂的原因。
2012-01-06 cond-mat.mes-hall
Mis-orientation controlled cross-plane thermoelectricity in twisted bilayer graphene
在两个原子级薄的范德华（vdW）膜之间引入“扭曲”或相对旋转引起周期性莫尔势，导致平面组件的能带结构的实质性改变。虽然大多数最近的实验主要集中在电子带杂交通过探测面内输运性质，在这里，我们报告了平面外热电测量在扭曲双层石墨烯（tBLG），它表现出扭曲依赖层间电子和声子杂交的相互作用的范德华间隙。我们表明，在一个大的扭转角，热电势是完全由一个新的声子拖曳效应在亚纳米尺度驱动，而电子组件的热电势只有当层之间的取向差减少到小于2度时才能恢复。我们的实验表明，在一个低角度的交叉平面热电是非常敏感的能带色散的性质，并可能提供扭曲的双层石墨烯的电子态的相干性的基本见解。
2019-10-07 cond-mat.mes-hall
Photo-thermoelectric and photoelectric contributions to light detection in metal-graphene-metal photodetectors
石墨烯的高迁移率和费米速度，加上其在可见光到远红外范围内的恒定光吸收，使其成为制造高速和超宽带光电探测器的理想材料。然而，光电探测的精确机制仍有争议。在这里，我们报告的金属-石墨烯-金属光电探测器的波长和偏振相关的测量。这使我们能够量化和控制光热效应和光电效应的相对贡献，两者都有助于整体光响应。这为实现超快操作速度的更高效光电探测器设计铺平了道路。
2014-02-06 cond-mat.mes-hall
Transverse Thermoelectric Conductivity of Bilayer Graphene in Quantum Hall Regime
我们在高达15特斯拉的磁场中对双层石墨烯进行了电和热电输运测量。当化学势位于朗道能级中心时，由四个输运系数确定的横向热电导$\rmα_{xy}$达到峰值$\rmα_{xy, peak}$。$\rmα_{xy, peak}$的温度依赖性由无序宽度$\rm W_L$决定。对于$\rm k_BT/W_L\leq$ 0.2，$\rmα_{xy, peak}$在温度方面是标称线性的，这使得$\rmα_{xy,peak}/T=0.19 \pm 0.03 n A/K^2$与磁场、温度和朗道能级指数无关。在$\rm k_BT/W_L\geq$ 0.5时，$\rmα_{xy, peak}$饱和到接近根据Girvin和Jonson理论预测的$\rm 4\times(ln2)k_Be/h$通用值的值。我们注意到在$\rmα_{xy}$中发现了一个类似于单层石墨烯的电荷中性点附近的异常
2010-08-19 cond-mat.mes-hall
Multiterminal single-molecule--graphene-nanoribbon thermoelectric devices with gate-voltage tunable figure of merit ZT
我们研究热电装置，其中一个单一的18-轮烯分子连接到金属锯齿形石墨烯纳米带（ZGNR）通过高度透明的接触，允许从ZGNR的渐逝波函数注入到分子环。它们的重叠在电子传输中产生峰值，而ZGNRs另外抑制了对热电势的空穴贡献。因此，优化的热功率，连同通过ZGNR-分子-ZGNR结构的声子输运的抑制，在室温下产生热电优值系数ZT ~ 0.5，并且在液氮温度以下产生0.5 < ZT < 2.5。使用非平衡格林函数形式主义结合密度泛函理论，最近扩展到多终端设备，我们展示了如何传输谐振也可以操纵施加到第三ZGNR电极的电压，作为顶栅覆盖分子环，调整ZT的值。
2011-03-02 cond-mat.mes-hall
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
