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
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
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
Electron- and phonon transport in silicon nanowires: an atomistic approach to thermoelectric properties
我们计算电子和声子传输在薄无序硅纳米线。我们的原子的方法是基于紧束缚和经验的潜在的电子和声子系统的描述，分别。表面无序建模包括表面硅空位。结果表明，平均声子和电子传输通过长SiNWs包含许多空缺，可以准确地估计使用最近提出的平均方法[物理评论Lett. 99，076803（2007）]。我们将这种平均方法应用于直径范围为1-3 nm的表面无序SiNW，以计算热电优值ZT。结果发现，声子传输的影响更多的空位比电子传输导致无序线的热电性能的增加，在定性与最近的实验。在直径为2nm的强无序取向丝中发现最大的ZT>3<111>。
2008-10-30 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
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
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
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
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
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$具有大的值、易于调节和对无序具有鲁棒性）对于热电的应用是非常有益的。
2018-03-28 cond-mat.mes-hall
Anomalous thermopower oscillations in graphene-InAs nanowire vertical heterostructures
热电测量有可能揭示低维材料的态密度。在这里，我们提出了单层石墨烯-纳米线（NW）异质结构的异常热电行为，显示出作为掺杂浓度的函数的大振荡。我们的器件由InAs NW和石墨烯垂直异质结构组成，它们通过薄（$\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
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
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
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
Thermoelectric properties of InAs nanowires from full-band atomistic simulations
在这项工作中，我们从理论上探讨的InAs纳米线的热电功率因子的耦合原子紧束缚计算的线性玻尔兹曼传输形式主义的维数的影响。我们认为纳米线的直径从40纳米（散装）下降到3纳米（一维），这允许适当的探索的功率因数在一个统一的大规模的原子描述在一个大的直径范围内。我们发现，当纳米线的直径减小到d < 10 nm以下时，塞贝克系数显著增加，这是强子带量子化的结果。在声子限制散射条件下，在d = 10 nm附近观察到功率因数的~ 6倍的相当大的改善。在计算中引入表面粗糙度散射将功率因数改善降低到~ 2倍。当直径减小到d = 3 nm时，功率因数减小。我们的研究结果表明，虽然低有效质量的材料，如InAs可以达到低维行为在较大的直径，并表现出显着的热电功率因数的改善，表面粗糙度也更强，在较大的直径，这需要大部分的预期功率因数优势了。然而，可以在d = 10 nm附近观察到的功率因数改善可以证明是有益的，因为洛伦兹数和声子热导率在该直径处都降低了。因此，这项工作，通过使用大规模的全频带模拟，跨越相应的长度尺度，正确地澄清了背后的原因，功率因数的改善（或退化），在低维材料。提出的精细计算方法可以作为一个平台，开发类似的计划，二维和三维材料电子结构。
2020-12-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric power factor of a 70 nm Ni-nanowire in a magnetic field
在微型实验室中研究了单根纳米线（NW）的热电（TE）特性，并测定了其塞贝克系数S和电导率σ。观察到70 nm铁磁Ni-NW的磁化强度对其功率因数S^{2}σ的显著影响。我们检测到一个强的磁热电势效应（MTP）的约10%和各向异性磁阻（AMR）作为一个外部磁场B的功能在1%的顺序。在T = 295 K和B = 0 T时，我们测定了S = -（19 \pm 2）μV/K的绝对值。在零场下，使用热导率的Wiedemann-Franz定律计算优值系数ZT \approx 0.02。在B = 0.5 T时，热电势S作为B的函数显著增加至10%，磁热电势为\partialS / \partialB \approx -（3.8 \pm 0.5）μV/（K.T）。AMR与MTP之间存在\partials / \partialr \approx-11 \pm 1（\partials = \partialS /S）的相关性。在横向磁场（B =0.5T）中，由于功率因数提高了近20%，TE效率提高了。
2011-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Temperature-Dependent Thermoelectric Properties of Individual Silver Nanowires
研究了单个高纯单晶银纳米线（Ag NW）的电导率$σ$、热导率$λ$和Seebeck系数$S$随温度$T$（$1.4\,\mathrm{K}$和室温（RT）之间）的变化。透射电子显微镜随后进行的银纳米线的热电特性，使其传输特性可以与结构数据。晶体结构，表面形貌和扭结和孪晶的罕见发生进行了鉴定。的银纳米线的热电性能进行了讨论，在比较的散装：$S_{\mathrm{Ag,Pt}}(T)$测量相对于铂，是在协议的散装，$σ(T)$和$λ(T)$显示相对于散装减少的值。后者都是显着占主导地位的表面散射所造成的增加的表面体积比。通过降低$T$，电子平均自由程强烈地超过NW的直径$150\,\mathrm{nm}$，从而观察到从扩散输运到准弹道一维输运的转变。这项工作的一个重要结果是，洛伦兹数$L(T)$原来是独立的表面散射。相反，$L(T)$的特性取决于材料的纯度。此外，$σ(T)$和$L(T)$可以用银的体德拜温度来描述。
2014-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon-thermoelectric transistors and rectifiers
我们描述了非线性声子热电器件，其中电荷电流和电子和声子热流耦合，驱动电压和温度偏置，当声子辅助的非弹性过程占主导地位的运输。我们的热电晶体管和整流器可以在嵌入纳米线的栅极可调双量子点系统中实现，这在当前技术中是可实现的。非弹性的电子-声子散射过程中发现，诱导明显的电荷，热量，和交叉整流效应，以及热晶体管效应，显着地，可以出现在本模型中，即使在线性响应制度，而不依赖于负微分热导。
2015-07-07 cond-mat.mes-hall
Thermal Transport Measurement Techniques for Nanowires and Nanotubes
无机和有机纳米线和纳米管合成的最新进展为各种功能器件和低维输运现象的研究提供了两种组件。然而，巨大的挑战仍然存在，不仅为这些模块集成到功能器件，而且在这些纳米级模型系统的基本传输特性的表征。特别地，热和热电输运测量可以比电子输运测量复杂得多，特别是对于单个纳米结构。在过去的十年中，一些实验方法测量单个纳米线和纳米管的热和热电性能已被设计来解决这些挑战，其中一些在本章中进行审查和分析。虽然塞贝克系数和电导率也可以从一些测量方法获得，本章的重点是纳米线和纳米管的热导率和热扩散率的测量技术。有人建议，在目前的实验能力的限制将提供丰富的机会，创新的方法来探测基本的热和热电传输现象在个别纳米结构。
2015-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Ab initio vibrations in nonequilibrium nanowires
我们回顾了最近的结果，在两个不同的准一维系统：硅纳米线（SiNW）和原子金链的电子和热输运。对于SiNW的，我们计算的弹道电子和热输运性能在平等的基础上，使我们能够对热电性能进行定量预测，而对于原子金链，我们评估微观的振动阻尼，由于耦合的链原子的模式中的散装接触。这两种方法都是基于密度泛函理论和非平衡格林函数的组合。
2010-04-08 cond-mat.mes-hall
Phase-controlled quasi-bound states in the continuum and thermoelectric enhancement in Majorana-quantum-dot nanostructures
Universidad Técnica Federico Santa María（费德里科·圣玛丽亚技术大学）；Universidad Andres Bello（安德烈斯·贝略大学）；Universidad Tecnológica Metropolitana（大都会理工大学）；Pontificia Universidad Católica de Valparaíso（瓦尔帕莱索天主教大学）；Universidad de Antofagasta（安托法加斯塔大学）
研究马约拉纳零模与连续统中束缚态相互作用对交叉条形量子点热电响应的影响，用格林函数等方法分析，发现对称性破缺等可调控热电响应，超导相位控制效果显著，确定其为调控拓扑混合纳米结构电子响应的有效手段。
2026-07-20 cond-mat.mes-hall
Thermal Conductivity Inhibition in Phonon Engineered Core-Shell Cross-Section Modulated Si/Ge Nanowires
我们已经从理论上证明了核壳结构Si/Ge纳米线的截面调制和声学失配的结合可以导致热导率的急剧降低。我们的计算，利用两种不同的模型-五参数Born-von Karman和六参数价力场-的晶格振动，表明Si/Ge截面调制纳米线的室温热导率几乎是三个数量级低于体硅。在调制的纳米线的热通量被抑制了一个数量级相比，通用的硅纳米线。这种效应被解释为修改的声子谱在调制纳米线导致的声子群速度和本地化的某些声子模式在窄或宽的纳米线段的减少。在纳米线中实现热导率抑制而没有额外的表面粗糙度，并且因此潜在地减少了电子输运的降解。我们的研究结果表明，声学失配的截面调制纳米线的热电应用是有前途的候选人。
2013-05-16 cond-mat.mes-hall
Nonlinear thermoelectric response due to energy-dependent transport properties of a quantum dot
量子点是研究量子热电行为的有用模型系统，因为它们具有高度依赖于能量的电子输运性质，这是可通过静电门调节的。由于这种强烈的能量依赖性，量子点的热电响应预计是非线性的相对于所施加的热偏压。然而，到目前为止，观察这种效应一直具有挑战性，因为，首先，在纳米尺度下施加足够大的热偏置在实验上是困难的，其次，由于器件的整体加热，很难将热偏置效应与纯粹的温度依赖效应区分开来。在这里，我们利用一种新的热偏置技术，并证明了一个量子点，这是在异质结构的半导体纳米线定义的非线性热电响应。我们还表明，基于主方程的理论模型充分解释了所观察到的非线性热电响应给定的能量依赖的传输特性的量子点。
2015-10-28 cond-mat.mes-hall
Thermal Conductivity of Segmented Nanowires
本文综述了分段纳米线声子热导率的研究进展，重点介绍了具有恒定截面和周期性调制截面的Si和Si/Ge结构的声子热导率的理论结果。我们描述了使用面心立方晶胞和Born-von Karman晶格振动模型计算分段纳米线中的声子能谱。在这样的纳米结构中的声子谱的修改导致声子热导率的强烈降低和热传递的抑制，由于声子模式在纳米线段中的捕获。分段纳米线在热电能发电的可能的实际应用进行了讨论。
2016-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear thermovoltage and thermocurrent in quantum dots
量子点是量子热电行为的模型系统，因为它能够控制和测量电子能量过滤和量子限制对热电性质的影响。有趣的是，这种小系统的非线性热电性质可以改变热电转换的效率。使用嵌入在半导体纳米线中的量子点，我们测量热电压和热电流，在所施加的热偏压是强烈的非线性。我们发现，大多数观察到的非线性效应可以理解的量子点能级的重整化作为施加的热偏压的函数，并提供了一个理论模型的非线性热电压考虑重整化。此外，我们提出了一个理论，解释了一个可能的来源所观察到的，明显的重整化效应的熔化近藤相关的混合价制度。控制非线性热电行为的能力扩展了量子热电效应可用于有效能量转换的范围。
2013-07-02 cond-mat.mes-hall
Effect of Impurities on Charge and Heat Transport in Tubular Nanowires
本研究针对不同横截面几何形状的InAs管状纳米线，采用Landauer-Büttiker方法计算δ散射体杂质对电荷与热输运的影响，发现杂质效应与电子量子局域化相关，三角形壳层的杂质影响更弱、热电电流更大。
2023-05-20 cond-mat.mes-hall
Edge currents and nanopore arrays in zigzag and chiral graphene nanoribbons as a route toward high-$ZT$ thermoelectrics
我们分析了电子和声子的量子输运通过锯齿形或手性石墨烯纳米带（GNRs）与纳米孔阵列穿孔。由于这些GNR中的局部电荷电流分布在其边缘周围达到峰值，因此在其内部钻纳米孔不会影响这种边缘电荷电流，同时大大减少了足够长的线中声子携带的热流。这两种效应的组合可以产生高效的热电器件，其在液氮温度下具有最大的$ZT \simeq 11$，并且在室温下具有最大的$ZT \simeq 4$，在$\sim 1$ $μ$ m长的锯齿形GNR中实现，所述GNR具有可变直径的纳米孔和它们之间的间距。我们的分析是基于$π$ -轨道紧束缚哈密顿量的电子子系统的第三最近邻跳跃，声子子系统的经验第四最近邻模型，和非平衡格林函数形式主义来研究这两个模型中的量子输运。
2012-01-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Flux periodic oscillations and phase-coherent transport in GeTe nanowire-based devices
尽管已知GeTe是用于热电和相变存储器的非常有趣的材料，但关于其低温输运性质的知识仅是有限的。在这里，我们报告的相位相干现象的GeTe纳米线的磁输运。从普遍的电导波动，相位相干长度约为200 nm，在0.5K的空穴载流子被确定。通过观察沿纳米线轴施加的磁场的Aharonov-Bohm型振荡证实了不同的相位相干性。我们解释这些磁通量周期振荡的发生，通过在纳米线表面上形成管状空穴积累层。此外，对于Nb/GeTe纳米线/约瑟夫森结，我们在0.4K下获得了约0.2 $μ$ A的邻近感生临界电流。通过施加垂直于纳米线轴向的磁场，临界电流随磁场的增加而单调减小，这表明该结构处于小结极限。然而，通过施加平行磁场，临界电流以磁通量量子的周期振荡，再次指示管状孔通道的存在。
2020-09-15 cond-mat.mes-hall
Inelastic thermoelectric transport and fluctuations in mesoscopic system
在过去的十年中，在物理学和可再生能源之间的界面出现了一个新的研究前沿，称为非弹性热电效应，其中非弹性输运过程起着关键作用。非弹性热电效应的研究拓宽了我们对热电现象的理解，并为高性能热电能量转换提供了新的途径。本文综述了这一领域的主要研究进展，重点介绍了由电子-声子和电子-光子相互作用引起的非弹性热电效应。我们介绍了动机，基本图片，原型模型，以及非弹性热电输运引起的非常规效应。这些非常规效应包括热与电荷输运分离、热效应冷却、线性热晶体管效应、非线性性能增强、Maxwell恶魔效应和协同效应。我们发现，弹性和非弹性热电效应所描述的显着不同的微观机制，属于不同的线性热力学类。我们还特别注意在小介观热电系统的波动的独特方面。最后，我们讨论了非弹性热电领域的挑战和未来的机遇。
2022-05-01 cond-mat.mes-hall
Gate-tunable nonreciprocal thermoelectric effects on the surface states of topological insulators
提出由磁势垒连接拓扑绝缘体表面态两个栅控区域的弹道结热电平台，利用自旋轨道耦合与磁性实现非互易输运、不对称制冷及类二极管调控，并评估其现实材料中的实验可行性。
2025-08-28 cond-mat.mes-hall
