Two-dimensional \b{eta}-phase copper iodide: a promising candidate for low-temperature thermoelectric applications
针对碲化铋基材料的局限性，本研究通过DFT结合玻尔兹曼输运理论研究单层β-CuI和γ-CuI的热电性能，发现单层β-CuI室温下最优zT值超1.50且具显著各向异性，是低温热电应用的潜在候选材料。
2024-12-05 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Low bending rigidity and large Young's modulus drive strong flexural phonon renormalization in two-dimensional monolayers
Indian Institute of Science（印度科学研究所）
研究揭示了低弯曲刚度和高杨氏模量如何影响二维单层中弯曲声子的简正化，通过第一性原理计算展示了弯曲刚度对声子 dispersion 的影响，并提出杨氏模量与弯曲刚度的相互作用对稳定二维单层的重要性。
2026-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Purely anharmonic charge-density wave in the 2D Dirac semimetal SnP
University of the Basque Country (UPV/EHU)（巴斯克大学）；Centro de Física de Materiales (CSIC-UPV/EHU)（材料物理中心）；Princeton University（普林斯顿大学）；University of Milano-Bicocca（米兰比可卡大学）；Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids（马克斯·普朗克固体化学物理研究所）；Donostia International Physics Center (DIPC)（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）
研究SnP中三种不同电荷密度波的行为，揭示其非谐振效应导致的拓扑非平凡绝缘体相，强调非谐振效应在理解系统基态中的重要性。
2026-05-13 cond-mat.mtrl-sci
A comparative study of the thermoelectric performance of graphene-like BX (X= P, As, Sb) monolayers
采用第一性原理计算和玻尔兹曼理论研究了类石墨烯磷化硼（BP）、砷化硼（BAs）和锑化硼（BSb）单层的电子和声子输运性质.通过考虑声子-声子散射和电子-声子散射，我们证明了BAs和BSb单分子膜中强的键非谐性可以显著地抑制声子的弛豫时间，但几乎不影响电子的弛豫时间.因此，这两个系统表现出可比的功率因数与BP单层，但低得多的晶格热导率。因此，在优化的载流子浓度下，在BAs和BSb单层中可以实现高于3.0的最大ZT值。有趣的是，在BSb单层中沿着扶手椅方向观察到非常相似的p型和n型热电性能，这在具有可比效率的热电模块的制造中至关重要。
2019-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Theory of anharmonic phonons in 2D crystals
采用解析和数值晶格动力学方法研究了蜂窝晶格结构原子单层薄晶体中的非谐效应。从一个三阶和四阶非谐耦合的半经验模型出发，研究了广义波矢依赖的Grüneisen参数、热张力和热膨胀系数随温度和晶体尺寸的变化的面内和面外（弯曲）模分量.从共振的位移-位移关联函数，我们得到的重整化和衰减率的平面和弯曲声子的温度，波矢和晶体尺寸的函数在经典和量子制度。石墨烯的定量结果。在那里，我们发现，从负到正的热膨胀的转变温度降低与较小的系统尺寸和通过重整化的弯曲模式的频率。在整个布里渊区广泛的数值分析探讨各种衰减和散射通道。研究了Normal过程和Umklapp过程的相对重要性。这项工作是补充晶体膜理论和计算研究的非谐波效应在二维晶体。
2015-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Anomalously low thermal conductivity of two-dimensional GaP monolayers: A comparative study of the group GaX (X = N, P, As)
随着二维氮化镓（GAN）平面蜂窝结构的成功合成，二维GAN的声子输运性质得到了报道。然而，通过用N取代同一主族中的其他元素，在Ga基材料中的热输运仍然不清楚，这是更广泛的应用。本文基于第一性原理计算，对二维GaX（X = N，P，As）的声子输运性质进行了全面的研究.发现GaP的热导率（1.52 Wm-1 K-1）出乎意料地超低，这与GAN和GaAs形成鲜明对比，尽管它们具有类似的蜂窝几何结构。基于PJTE理论，GaP和GaAs稳定在屈曲结构中，不同于GAN的平面结构。与GAN和GaAs相比，GaP具有最强的声子非谐性，因此存在较强的声子-声子散射。在给定电子结构的情况下，我们对声子输运有了更深的认识，即由于弯曲结构的存在，GaP中电子的离域受到了限制。因此，P原子的非成键孤对电子在热搅动时诱导非线性静电力，导致晶格中声子非谐性增加，从而降低热导率。我们的研究为蜂窝结构GaX单分子膜中声子输运提供了基础性的认识，这将丰富未来二维材料中纳米声子输运的研究
2021-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Vibrational and electron-phonon coupling properties of \b{eta}-Ga2O3 from first-principles calculations: Impact on the mobility and breakdown field
宽禁带半导体\b{eta} -Ga 2 O 3在大功率和高温电子学中显示出良好的应用前景。\b{eta} -Ga 2 O 3的声子在确定其重要的材料特性中起着至关重要的作用，这些特性用于这些应用，例如其热输运、载流子迁移率和击穿电压。在这项工作中，我们应用密度泛函理论和密度泛函微扰理论的基础上的预测计算来了解的振动特性，声子-声子相互作用，和电子-声子耦合的\b{eta} -Ga 2 O 3。我们计算的方向依赖的声子色散，包括LO-TO分裂和同位素取代的影响，并量化的红外和拉曼激活模式，声速的频率，和材料的热容。我们计算的光模Grüneisen参数反映了\b{eta} -Ga 2 O3单斜晶体结构的非谐性，并有助于解释其低热导率。我们还评估了最低导带的电子-声子耦合矩阵元素，以确定声子模式，限制在室温下的迁移率，我们确定为一个偏振光模式的声子能量为29毫电子伏。我们进一步应用这些矩阵元素来估计\b{eta} -Ga_2 O_3的击穿场。我们的振动特性的\b{eta} -Ga 2 O 3的理论表征突出了其高功率电子应用的可行性，并提供了一条路径，为改善设备性能的材料的实验开发。
2019-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Lattice Vibrational Modes and Phonon Thermal Conductivity of Monolayer MoS2
利用密度泛函微扰理论的第一性原理计算研究了单层MoS 2薄膜中与Umklapp散射相关的声子非谐行为和本征热导率.与石墨烯中低频模式的Gruneissen参数为负相反，单层MoS 2中整个布里渊区的Gruneissen参数为正，且声学模式的Gruneissen参数远大于光学模式的Gruneissen参数，表明单层MoS 2片具有正的热膨胀系数。对E ′和A2 ″的红外激活模的声子寿命计算值分别为5.50和5.72 ps，与用红外反射率谱拟合介质振荡器的实验结果符合得很好。拉曼A1'模的寿命（38.36ps）是红外模寿命的7倍。单层MoS 2的主要声子平均自由程小于20 nm，比石墨烯小约30倍。结合非平衡格林函数计算，单层二硫化钼的室温热导率被发现是约23.2 Wm-1 K-1，两个数量级低于石墨烯。
2013-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Softened sp2-sp3 bonding network leads to strong anharmonicity and weak hydrodynamics in graphene+
石墨烯+是一种具有sp2-sp3杂化的新型碳单层，最近报道其表现出石墨烯样狄拉克性质和前所未有的面外半拉胀行为[Yu等人，Cell Reports Physical Science，3100790（2022）]。在这里，从全面的最先进的第一性原理研究，我们报告了特殊的晶格热输运性能的石墨烯+驱动的独特的sp2-sp3晶体配置。在室温下，石墨烯+的热导率计算为~170 W/mK，远低于石墨烯的热导率（~3170 W/mK）。因此，热导率幅度的降低源于由于独特的sp2-sp3晶体构型而导致的软结合。软键抑制了声学声子的振动，这导致了强的非谐性和弱的声子流体力学。此外，石墨烯+中出现较低的群速度、弛豫时间和较小的声子平均自由程，并且实现了显著降低的热导率。我们的研究为石墨烯+的热输运性质提供了基本的物理见解，并且由于弱散射相空间，它可以作为研究原子成键与热输运性质的理想模型。
2022-10-25 cond-mat.mtrl-sci
Strain induced large enhancement of thermoelectric figure-of-merit ($ZT\sim 2$) in transition metal dichalcogenide monolayers ZrX$_2$ (X= S, Se, Te)
二维IV族过渡金属二硫属化物具有令人鼓舞的热电应用，因为它们的电子和晶格性质可以用应变来操纵。本文采用第一性原理方法研究了ZrX $_2$（X = S、Se、Te）的热电参数，如电导率、Seebeck系数、电驰豫时间以及模式对晶格热导率的贡献。我们的计算表明，由于拉伸应变，功率因数增加，同时降低晶格热导率，从而提高热电优值。拉伸应变使带隙变宽，这对应于更高的功率因数。晶格热导率由于面外声子模的硬化而降低，从而降低非谐散射寿命并增加热电优值。
2020-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional ferroelectric crystal with temperature-invariant ultralow thermal conductivity
本研究通过理论模拟发现单层β'-In₂Se₃具有温度不变的超低热导率，源于铁电极化涨落驱动的非谐性，且可通过电场调控热输运，实现大热开关比。
2025-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Anharmonic Phonon Renormalization and Defect Tolerance of the Thermoelectric Power Factor in Monolayer SnSe
Faculty of Physics and Physics Engineering, University of Science（物理与物理工程学院，科学大学）；Viet Nam National University Ho Chi Minh City（越南国立大学胡志明市分校）；Advanced Materials Technology Institute Vietnam National University Ho Chi Minh City（先进材料技术研究所，越南国立大学胡志明市分校）；University of Health Sciences (UHS), Viet Nam National University Ho Chi Minh City（卫生科学学院（UHS），越南国立大学胡志明市分校）；Frontier Research Institute for Interdisciplinary Sciences, Tohoku University（前沿跨学科学研究院，东北大学）
该研究结合密度泛函理论、SSCHA和玻尔兹曼输运计算，揭示了单层SnSe中非谐声子重整化对热电功率因子的影响，并确定了保持PF的缺陷浓度上限。
2026-09-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
Lower lattice thermal conductivity in SbAs than As or Sb monolayer: a first-principles study
VA族元素（As，Sb，Bi）单层半导体的声子输运在理论上得到了广泛的研究，其中Sb单层半导体（锑烯）的合成是近年来研究的热点。利用第一性原理计算和线性化的声子Boltzmann方程研究了SbAs单分子膜的声子输运。结果表明，SbAs单层的晶格热导率低于As和Sb单层，室温下对应的薄层热导率为28.8 $\mathrm{W K^{-1}}$.计算结果表明，SbAs单分子膜的群速度介于As和Sb单分子膜的群速度之间，但SbAs的声子寿命小于As和Sb单分子膜的声子寿命。因此，低的晶格热导率在SbAs单层归因于非常小的声子寿命。出乎意料的是，ZA支对总热导率的贡献很小，仅为2.4%，这与贡献很大的As和Sb单分子膜明显不同。这可以解释为非常小的声子寿命为ZA分支的SbAs单层。Sb原子向As原子的大量电荷转移导致了强极化的共价键，这与As或Sb单层膜不同。SbAs单层膜的强极化共价键可以诱导比As或Sb单层膜更强的声子非简谐性，导致更低的晶格热导率。结果表明，同位素散射对晶格热导率的影响很小，当特征长度小于30 nm时，晶格热导率可降低约47%.这些结果可能提供的观点，通过多元素的混合物调节晶格热导率的热管理和热电的应用，并激励进一步的实验努力，以合成单层SbAs。
2017-07-06 cond-mat.mtrl-sci
Tensile Strain Induced Anomalous Enhancement in the Lattice Thermal Transport of Monolayer ZnO: A First Principles Study
本研究通过第一性原理计算发现，0%-10%双轴拉伸应变会反常提升单层ZnO的晶格热导率，揭示了ZA声子模硬化、声子特性竞争及四声子散射的关键作用，阐明了高阶非简谐性的影响机制。
2023-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Path-integral simulation of graphene monolayers under tensile stress
采用路径积分分子动力学（PIMD）方法研究了拉伸应力作用下石墨烯单分子膜的温度-温度特性。这种方法可以考虑在这些结晶膜的振动模式的量子化，并分析非谐效应的影响，在膜的性能。量子核效应在石墨烯的结构和热力学性质中在低温下是可感知的，并且它们甚至可以在室温下是显著的。这种量子效应随着所施加的应力的增加而变得更加相关，主要是对于与面外原子振动相关的性质。量子动力学在离面运动中的相关性取决于系统的尺寸，并通过张应力增强。对于外加的拉伸应力，我们分析了弹性能对石墨烯内能的贡献。PIMD模拟的结果进行了比较与计算的基础上的谐波近似的石墨烯晶格的振动模式。这种近似相当好地描述了石墨烯的结构特性，只要横向方向上的ZA（弯曲）声学模式的频率包括压力相关校正。
2017-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Atomically thin group-V elemental films: theoretical investigations of antimonene allotropes
包括磷烯的V族元素单层膜是具有半导体电子特性的有前途的2D材料。在这里，我们提出的第一性原理计算的稳定性，机械和电子性质的二维锑（Sb），锑烯的结果。我们的计算表明，锑烯的独立α和\b{eta}同素异形体是稳定的且半导体的。α-Sb具有两个原子亚层的褶皱结构，\b{eta} -Sb具有屈曲的六方晶格。计算的拉曼光谱和STM图像具有明显的特征，从而有助于表征这两种同素异形体。\b{eta} -Sb具有接近各向同性的力学性能，而α-Sb表现出强烈的各向异性。在适度的拉伸应变下，可以实现间接-直接的带隙转变，这为它们在光电子学中的应用开辟了可能性。
2015-05-10 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Pd$_{2}$Se$_{3}$ Monolayer: A Promising Two Dimensional Thermoelectric Material with Ultralow Lattice Thermal Conductivity and High Power Factor
高功率因数和低晶格热导率是高效热电材料的两个基本要素。虽然过渡金属二硫属化合物的单层膜具有高的功率因数，但高的晶格热导率显著地阻碍了它们的实际应用。我们的第一性原理计算表明，这两个成分都很好地满足在最近合成的Pd $_{2}$硒$_{3}$单层，其晶体结构是由[硒$_{2}$ ] $^{2-}$二聚体，硒$^{2-}$阴离子，和Pd $^{2+}$阳离子在正方形平面的方式协调。我们对三阶原子间力常数的详细分析表明，与[Se $_2$ ] $^{2-}$二聚体相关的非谐性和软声子模导致Pd $_{2}$ Se $_{3}$单层的超低晶格热导率（300 ° K时，沿$a$ -和$b$ -轴的$^{-1}$ K $^{-1}$分别为1.5和2.9 Wm），其与诸如PbTe的高性能体热电材料的那些相当。此外，“布丁模具”型能带结构，造成的Pd $^{2+}$（$d^{8}$）的阳离子在一个正方形的平面晶场配位，导致高功率因数的Pd $_{2}$ Se $_{3}$单分子膜。因此，在中等载流子浓度下，可以实现具有相当高的$zT$的电子和空穴掺杂的热电材料，这表明Pd $_{2}$ Se $_{3}$是一种有前途的二维热电材料。
2018-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Lattice thermal conductivity of ZrSe2 based on the anharmonic phonon approach and on-the-fly machine learning force fields
本文采用力场分子动力学与玻尔兹曼输运方程结合的混合方法，并利用即时机器学习力场，计算了ZrSe2的晶格热导率，发现其随温度衰减快于1/T标度，并准确描述了非谐声子相互作用。
2024-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Ultrahigh thermoelectric performance of Janus α-STe2 and α-SeTe2 monolayers
结合第一性原理计算和半经典Boltzmann输运理论，系统研究了Janus α-STe 2和α-SeTe 2单分子膜. Janus α-STe 2和α-SeTe 2单层膜是间接半导体，带隙为1.20和0.96 eV。发现它们在500 K时的ZT值分别为3.9和4.4，远高于原始α-Te单层膜的ZT值（2.8）。与原始的α-Te单层相比，由Janus结构产生的较高的ZT显著降低了晶格热导率。Janus单分子膜中较高的声子非谐性导致晶格热导率显著降低。对于晶格热导率很低的材料，电子热导率对热电效率的影响也很大。本工作表明了Janus α-STe 2和α-SeTe 2单层膜作为热电材料的潜在应用，并强调Janus结构是提高热电性能的有效途径。
2022-10-29 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Temperature-dependent Phonon Shifts in Monolayer MoS2
我们提出了一个相结合的实验和计算研究的二维二硫化钼（MoS2）和温度的影响上的拉曼活性E2g和A1g模式在单层的频移。虽然这两个峰值都显示出随着温度升高而预期的红移，但A1g的频移大于E2g模式。这与先前报道的体行为相反，其中E2g模式显示出随温度的更大频移。这些声子位移的温度依赖性归因于在二维系统中的离子相互作用势的非谐贡献。
2013-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
In-plane force fields and elastic properties of graphene
利用第一性原理方法，推导出了适合于描述石墨烯片平面内运动的键拉伸和角弯曲力场。所得到的力场由解析非谐能势函数拟合，为分子力学模拟提供了有效的计算手段。采用分子动力学模拟和第一性原理方法，对石墨烯单层在不同载荷（如单轴拉伸、静水拉伸和剪切应力）下的力学行为进行了数值模拟。应力-应变曲线和弹性常数，如杨氏模量，泊松比，体积模量，剪切模量，计算。我们的结果进行了比较与相应的理论计算，以及与现有的实验估计。最后讨论了非谐性对石墨烯力学性能的影响。
2012-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Ultra-low lattice thermal conductivity induces high-performance thermoelectricity in Janus group-VIA binary monolayers
本文采用第一性原理计算系统地研究了三种新的Janus STe $_{2}$、SeTe $_{2}$和Se $_{2}$ Te单层膜的电输运、热输运和热电性质，并与文献中不同方法的结果进行了比较。发现Seebeck系数和电导率具有相反的温度依赖性，并详细解释了这一现象。热电功率因数（PF）随温度的降低源于电导率的降低。为了获得精确和收敛的晶格热导率，计算均方根（RMS），以获得合理的三阶力计算的截止半径。Janus STe $_{2}$、SeTe $_{2}$和Se $_{2}$ Te单层膜在300 K下具有0.2、0.133和4.81 $\times10^{-4}$ W/mK的超低晶格热导率，这是由于声学模和低频光学分支之间的强耦合效应、低声子群速度、小声子寿命和大非谐性。因此，STe $_{2}$、SeTe $_{2}$和Se $_{2}$ Te的n型（p型）载流子掺杂获得了2.11（2.09）、3.28（4.24）和3.40（6.51）的超高$\textit{ZT}$值，表明它们是有前途的热电材料。
2022-11-18 cond-mat.mtrl-sci
2D Single Crystal of High-Temperature Phase Cuprous Iodide under Ambient Conditions
本研究实验证实二维β相碘化亚铜单晶可在室温环境稳定存在，并通过理论计算验证其动力学与热学稳定性及3.66 eV超宽直接带隙，挑战了其仅高温稳定的传统认知。
2023-08-30 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Study of Novel Lead-Free Double Perovskite \b{eta}2SnGeX6 (\b{eta} = K, Rb; X = Cl, Br, I) for thermomechanical, optoelectronic and outstanding thermoelectric applications
University of Rajshahi（拉杰沙希大学）
利用密度泛函理论系统研究了无铅双钙钛矿 beta2SnGeX6 的结构、力学、电子、光学和热电性质，发现其具有直接带隙（0.64-1.44 eV可调）、高延展性和低热导率，其中 K2SnGeI6 在1000 K时热电优值ZT达2.4。
2026-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Ultralow thermal conductivity via weak interactions in PbSe/PbTe monolayer heterostructure for thermoelectric design
Xiangtan University（湘潭大学）；Centro de Física de Materiales (CFM-MPC), CSIC-UPV/EHU（材料物理中心 (CFM-MPC)，西班牙高等科学研究理事会-巴斯克国立自治大学）
通过弱相互作用实现极低热导率的PbSe/PbTe单层异质结，优化热电性能，实现高ZT值。
2025-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultralow thermal conductivity in two-dimensional MoO$_3$
单层三氧化钼（MoO $_3$）是一种新兴的具有高导电性的二维（2D）材料。使用第一性原理计算和玻尔兹曼输运理论框架，我们预测记录低室温声子热导率（$κ_p$）的1.57 W/mK和1.26 W/mK沿主面内方向的MoO $_3$单层。该行为归因于软弯曲和面内声学模式的组合，其通过有限的层厚度耦合，并且归因于强的成键非谐性，其引起显著的3-和4-声子散射事件。这些见解提出了指导低$κ_p$二维材料搜索的新指标。我们的研究结果激励实验$κ_p$测量钼$_3$，其应用作为热电和热保护材料。
2021-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Valley Coherent Hot Carriers and Thermal Relaxation in Monolayer Transition Metal Dichalcogenides
我们显示室温谷相干性与MoS 2，MoSe 2，WS 2和WSe 2单层使用线性偏振分辨热光致发光（PL），在接近激发的能量-证明保存谷相干性之前，充分的散射事件。共极化热发光的特点，使我们能够提取的结合能的下限为0.42（+/- 0.02）eV的单层二硫化钼中的A激子。PL峰的展宽被发现是由玻尔兹曼型热发光尾，并使用指数衰减的斜率，在原位提取的载流子温度在不同阶段的能量弛豫。在弛豫过程中发射的光学声子的温度探测通过利用相应的拉曼峰的加宽，由于温度引起的非谐效应。研究结果提供了谷相干热载流子光生及其随后的能量弛豫路径的物理图像。
2016-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High intrinsic lattice thermal conductivity in monolayer MoSi$_2$N$_4$
最近，成功合成了具有优异的环境稳定性、高载流子迁移率和中等带隙的新型二维（2D）MXene MoSi $_2$ N $_4$（Science 369，670，2020）。本文基于第一性原理计算，通过求解声子玻尔兹曼输运方程，预测了单层MoSi $_2$ N $_4$的本征晶格热导率。尽管Mo的原子质量很大且晶体结构复杂，但单层MoSi $_2$ N $_4$在300至800 K的宽温度范围内出人意料地表现出相当高的晶格热导率。在300 K时，其面内晶格热导率为224 Wm $^{-1}$ K $^{-1}$。详细的分析表明，大的群速度和小的非谐性是其高晶格热导率的主要原因。我们还计算了单层WSi $_2$ N $_4$的晶格热导率，它只比MoSi $_2$ N $_4$的晶格热导率小一点点。我们的研究结果表明，单层MoSi $_2$ N $_4$和WSi $_2$ N $_4$是未来纳米电子器件中潜在的二维热传输材料。
2021-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Instabilities and Mechanical Anisotropy in Halide Perovskite Monolayers
Universidade de São Paulo（圣保罗大学）；Universidad Nacional de Córdoba（科尔多瓦国立大学）
本研究通过第一性原理模拟揭示了卤化物钙钛矿单层的内在不稳定性与机械各向异性，发现ABX4化学计量比的不稳定性及各向异性源于Pb-X键的共价特性。
2026-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Insights into thermal transport property of monolayer C$_4$N$_3$H: a first-principles study
采用第一性原理计算对单层C $_4$ N $_3$ H的电子输运和热输运性质进行了系统的研究。结合声子玻尔兹曼输运方程计算了单层C $_4$ N $_3$ H的本征热导率。对于单层C $_4$ N $_3$ H，热导率（\k{appa}）（在a和b平面分别为175.74和157.90 W m-1 K-1）显著低于石墨烯（3500 Wm $^{-1}$ K $^{-1}$）和C3 N（380 Wm $^{-1}$ K $^{-1}$）。在300 K时，它比$_2$ N（82.88 Wm $^{-1}$ K $^{-1}$）高出两倍多.此外，还详细讨论了群速度、弛豫时间、非谐性以及不同支声子的贡献。比较了单层C $_4$ N $_3$ H、石墨烯、C $_2$ N和C $_3$ N的二维结构的热输运特性。这项工作突出了新的单层材料中的声子输运的本质。
2020-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
First-principles Study of Phonon Lifetime and Low Lattice Thermal Conductivity of Monolayer γ-GeSe: A Comparative Study
硒化锗（GeSe）是一种独特的二维（2D）材料，在环境条件下表现出各种稳定的多晶型。最近，合成了一种具有层状六方晶格的新相（γ-GeSe），其环境稳定性和非凡的电子电导率甚至高于石墨，而其单层是半导体的。本文利用第一性原理推导的力常数和Boltzmann输运理论，研究了单层γ-GeSe的晶格热导率（κ_l），并与单层α-GeSe和单层β-GeSe进行了比较。γ相的κ_l较低（5.50 W/mK），与α相和β相的κ_l相当。α-GeSe中的声学分支与光学分支很好地分离，限制了相空间中的散射通道，而对于\b{eta} -GeSe和γ-GeSe，声学分支与低频光学分支共振，促进了更多的声子-声子散射。对于γ-GeSe，累积κ_l是各向同性的，声子代表平均自由程（rMFP）最短（17.07 nm），表明γ相的κ_l受样品尺寸的影响较小，而α-GeSe的累积κ_l随平均自由程的增加而缓慢增长，rMFP较长（Z字形和扶手椅形方向分别为20.56和35.94 nm），显示出较强的κ_l尺寸依赖性。我们的工作表明，GeSe多晶型物具有整体低热导率，是热电和热管理应用的有前途的竞争者。
2022-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Acoustic phonon-restricted four-phonon interactions: Impact on thermal and thermoelectric transport in monolayer h-NbN
Indian Institute of Technology Guwahati（印度理工学院古瓦哈提分校）；Indian Institute of Science Education and Research, Pune（印度科学教育与研究学院，浦那）
本研究通过第一性原理计算和玻尔兹曼输运形式主义，揭示了单层h-NbN中多声子散射的复杂相互作用，发现拉伸应变可增强热传导并提升热电品质因数，强调了微观输运建模的关键作用。
2025-10-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ultralow lattice thermal conductivity of monolayer penta-silicene and penta-germanene
我们研究了二维五角体系的晶格热导率，如五硅烯和五锗烯。五硅烯是最近才发现的，而稳定的五锗烯是首次通过我们的从头计算发现的。我们发现五硅烯和五锗烯在室温下都具有超低的晶格热导率$κ$，分别为1.29 W/mK和0.30 W/mK。据我们所知，在2D晶体材料中，五锗烯可能具有最低的$κ$。我们将超低$κ$归因于弱的声子谐相互作用和强的非谐散射。小的声子群速度，小的德拜频率，大的Gruneisen参数，以及大量的声子-声子相互作用模式一起导致五硅烯和五锗烯的超低$κ$。这些发现为在二维材料中操纵超低$κ$提供了新的见解，并突出了设计硅和锗基高热电材料的潜在应用。
2019-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum effects in graphene monolayers: Path-integral simulations
采用路径积分分子动力学（PIMD）模拟方法研究了碳原子量子动力学对单层石墨烯性质的影响。利用LCBOPII有效势分析了12 ~ 2000 K范围内的高温性能。为了评估石墨烯的结构和热力学性质中的量子效应的大小，还进行了经典的分子动力学模拟。特别强调了原子沿面外方向的振动。即使量子效应存在于这些振动模式，我们表明，在任何有限的温度下，类经典运动占主导地位的量子离域，只要系统的大小是足够大的。振动模式显示出明显的非谐性，来自动能和势能的碳原子之间的比较。在有限温度下，原子间距和层面积都存在明显的核量子效应。由PIMD模拟得到的热膨胀系数在零温度极限下消失，符合热力学第三定律。
2016-12-22 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
High thermoelectric efficiency in monolayer PbI$_2$ from 300 K to 900 K
利用第一性原理方法，发现单层PbI $_2$在热电应用中具有很大的潜力。应用线性玻尔兹曼输运方程得到了不同散射机制对电子分布的扰动。在低载流子浓度下，迁移率主要受与长波长声振动的变形势相互作用的限制。在高浓度下，电离杂质散射变得更强。在不同的温度和载流子浓度范围内的电导率和塞贝克系数的准确计算。PbI $_2$的晶格热导率在300 K时为0.065 W/mK，是其他二维热电材料中最低的。这种超低的热导率归因于大的原子质量、弱的原子间键合、强的非谐性和其中绝大多数热量被捕获的局部振动。这些电学和声子输运性质使得p型和n型掺杂在300 K至900 K之间的热电优值都超过1。在900 K时，当电子浓度为1.9 $\times$ × 10 $^{12}$ cm $^{-2}$时，$zT$达到最大值4.9。我们的工作表明，在单层PbI $_2$，它可以集成到现有的光伏器件的热电能量转换效率非常好。
2019-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles derived force field for h-BN monolayer nanostructures: Applications to sheets, nanotubes and nanotori
本文通过第一性原理自下而上构建了hBN单层经验力场，用于高效模拟其面内与面外力学性质，并推广至纳米管和纳米环的弹性分析。
2025-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Extreme Suppression of Thermal Conductivity in Monolayer Beryllene
Indian Institute of Technology Jodhpur（印度焦浦尔理工学院）
本研究基于从头算与线性化声子玻尔兹曼输运方程，揭示单层铍烯的高热导率及其由弯曲声子主导、随温度变化的异常热输运机制。
2026-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear electron-phonon coupling drives light-induced symmetry switching in charge-density waves
Institut für Theoretische Physik und Astrophysik, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel（基尔大学理论与天体物理研究所）
研究通过第一性原理理论揭示了非线性电子-声子相互作用如何驱动电荷密度波中的对称性切换，结合第一性原理计算与实验验证，展示了光诱导熔化过程中的关键机制。
2026-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Understanding the Role of Four-Phonon Scattering in the Lattice Thermal Transport of Monolayer MoS$_{2}$
本研究通过第一性原理结合玻尔兹曼输运方程，揭示四声子散射对单层MoS₂晶格热导率的关键影响，修正了仅考虑三声子散射的高估问题，并阐明了应变调控的相关机制。
2023-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Origins of minimized lattice thermal conductivity and enhanced thermoelectric performance in WS2/WSe2 lateral superlattice
基于实验制备的WS 2/WSe 2横向超晶格（LS）晶体，提出了一种提高二维过渡金属二硫属化物（TMDC）WS 2热电性能的结构策略.基于密度泛函理论结合玻尔兹曼输运方程，我们证明了单层WS 2的TE优值zT在形成WS 2/WSe 2 LS晶体时显著提高。这主要归因于由于增强的非谐过程而导致的几乎减半的晶格热导率。平行于（xx）和垂直于（yy）超晶格周期的电子输运性质对于p型和n型掺杂LS两者是高度对称的，这归因于电荷载流子的几乎各向同性的寿命。自旋-轨道效应导致导带的显著分裂，并导致三重简并子带和高态密度（DOS），这为获得高的n型Seebeck系数（S）提供了机会。有趣的是，单层WS 2中分离的简并子带和上导带形成了一个显著的阶梯状态密度，从而产生了更高的S。具有比电子高得多的迁移率的空穴载流子揭示了高的p型功率因数，并且在400 K下具有最佳zT超过1的良好p型TE材料的潜力。
2021-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Novel Two-Dimensional Layered MSi$_2$N$_4$ (M = Mo, W): New Promising Thermal Management Materials
随着纳米电子器件的小型化和集成化，有效的散热成为影响纳米电子器件可靠工作的关键因素。二维（2D）材料具有高的固有热导率、良好的机械柔性和精确控制的生长，被广泛接受为热管理材料的理想候选者。在本工作中，我们通过基于第一性原理计算的声子玻尔兹曼输运方程（BTE），全面研究了新型二维层状MSi $_2$ N $_4$（M = Mo，W）的热导率.我们的研究结果指出，竞争性的单层MoSi $_2$ N $_4$的热导率（162 W/mK），这是大约2倍以上的WSi $_2$ N $_4$和7倍以上的硅烯，尽管它们类似的非平面结构。结果表明，高热导率主要来源于大的群速度和低的非谐性。我们的研究结果表明，MoSi $_2$ N $_4$可能是一个潜在的候选二维热管理材料。
2021-08-08 cond-mat.mtrl-sci
High thermal conductivity in semiconducting Janus and non-Janus diamanes
最近，F-二金刚烷单分子层是通过双层石墨烯的沉积而实验实现的。在这项工作中，我们精心探索的电子和热导率响应的二烷晶格的同或杂官能团，包括：非Janus C2 H，C2F和C2Cl二烷和Janus对应的C4 HF，C4 HCl和C4 FCl。值得注意的是，C_2H，C_2F，C_2Cl，C_4HF，C_4HCl和C_4FCl金刚烷显示出不同的电子带隙，分别为3.86，5.68，2.42，4.17，0.86和2.05 eV。使用Boltzmann输运方程的完全迭代解获得金刚石纳米片的热导率，通过采用机器学习原子间势获得非谐力常数来大幅加速计算。根据我们的结果，石墨烯和C2 H、C2 F、C2 Cl、C4 HF、C4 HCl和C4 FCl二金刚石单层的室温晶格热导率估计分别为3636、1145、377、146、454、244和196 W/mK。深入探讨了官能团对二金刚石纳米片导热性能的影响机理。我们的研究结果突出了功能基团的电子和热传导响应的金刚石纳米片的实质性作用。
2020-06-07 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Unusually low thermal conductivity of atomically thin 2D tellurium
碲是一种高性能的热电材料，由于其优越的电子传输和低晶格热导率（$κ_L$）。在这里，我们报告了单层碲中的超低$κ_L$，即，在最近的实验中成功合成的碲。我们发现碲具有令人信服的低室温$κ_L$的2.16和4.08 W m $^{-1}$ K $^{-1}$沿扶手椅和Z字形方向，分别低于任何其他二维材料的报道值。我们将这种异常低的$κ_L$归因于软声学模式、极低能量的光学模式以及光声声子之间的强散射，这使得碲烯成为一种潜在的新型热电材料。最后，我们发现$κ_L$与二维材料中$Γ$点的最大声学声子频率（$ω_{D}^{a}$）和最低光学声子频率（$ω_Γ^{o}$）成正比，分别反映了材料的谐波和非谐波热性质.
2018-02-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thermodynamic properties of graphene bilayers
采用路径积分分子动力学（PIMD）模拟方法研究了石墨烯双层膜的热力学性质，考虑了振动模式的量子化和非谐效应。双层石墨烯已经在12和1500 ° K之间的温度下研究了零外部应力，使用LCBOPII有效势。我们集中在热膨胀，面内和面外的压缩性，和比热。我们的双层石墨烯的结果的意义的额外的见解是从与单层石墨烯和石墨的PIMD模拟获得的数据进行比较。他们还分析了石墨的实验数据。研究了零点效应和热效应对双层石墨烯的面内面积和“实”面积的影响。面内区域的热膨胀系数$α_{xy}$在低温下为负，在$T \gtrsim$ 800 K时为正。在$T \approx 220$ ~K处，最小$α_{xy}$为$-6.6 \times 10^{-6}$ K $^{-1}$。发现石墨烯双层的面内（$χ_{xy}$）和面外（$χ_z$）压缩率都随着温度的升高而增加，并且低于单层石墨烯的压缩率，高于石墨的压缩率。在300 K时，我们发现双层$χ_{xy} = 9.5 \times 10^{-2}$的$^2$ /eV和$χ_z = 2.97 \times 10^{-2}$ GPa $^{-1}$。从模拟得到的比热的结果进行了比较与那些给出的谐波近似的振动模式。这种方法在低于200 ° K的温度下非常精确。
2020-01-09 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Low Thermal Conductivity and Interface Thermal Conductance in SnS2
石墨烯被发现后，人们一直在探索各种层状二维（2D）材料，以寻找它们在电子学、光电子学以及能量转换和存储方面的潜在应用。这种2D材料之一，SnS 2，这是地球丰富，低毒性，成本效益，已被报道显示出高开/关电流比，快速光电探测，和高的光吸收，从而使这种材料有希望的设备应用。此外，一些最近的理论报告预测高电导率和塞贝克系数在其散装同行。然而，SnS 2的热性能尚未得到适当的探索，这对于实现其许多潜在应用很重要。在这里，我们报告的热性能的SnS 2测量使用光热方法和支持的密度泛函理论（DFT）计算。我们的实验表明，非常低的面内晶格热导率（\k{appa} = 3.20 +- 0.57 W m-1 K-1）和跨平面界面热导率每单位面积（g = 0.53 +- 0.09 MW m-2 K-1）的单层SnS 2支撑在SiO2/Si衬底。的热性能表现出依赖于SnS 2薄片的厚度。基于我们的DFT计算的结果，晶格热导率的非常低的值可以归因于低的群速度，声子的寿命较短，以及晶体中的强非谐性。具有低热导率的材料对于热电应用是重要的，因为热电功率系数与热导率成反比。
2021-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Thermal properties of graphene from path-integral simulations
采用路径积分分子动力学（PIMD）模拟方法研究了石墨烯单层的热性质，该方法考虑了结晶膜中振动模式的量子化，并考虑了这些性质中的非谐效应。在温度为12 ~ 2000 K和无外应力的条件下，通过LCBOPII有效势描述原子间的相互作用，研究了该体系。我们分析了内能和比热，并将模拟结果与振动模式的谐波近似结果进行了比较。这种近似在400~K温度范围内是相当精确的。在较高温度下，我们观察到由于石墨烯片的热膨胀而引起的弹性能的影响。讨论了石墨烯在面内和“真实”表面上的零点效应和热效应。发现真实区域的热膨胀系数$α$在所有温度下都是正的，而面内区域的热膨胀系数$α_p$在低温下是负的，并且在$T \gtrsim$ 1000 K时变为正的。
2017-09-15 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Symmetry-Protected Phonon Topology and Low Lattice Thermal Conductivity in Square-Octagonal Chalcogenides
Khalifa University（哈利法大学）；Seoul National University（首尔国立大学）；Indian Institute of Technology, Bombay（印度理工学院孟买分校）；Research and Innovation Center for Graphene and 2D materials (RIC2D)（石墨烯与二维材料研究与创新中心）
通过第一性原理和声子玻尔兹曼输运理论，发现方八边形MoS2和SnS单层中对称保护的节点线声子拓扑导致声子软化、群速度抑制和强非谐散射，使晶格热导率相比六方相大幅降低。
2026-08-13 cond-mat.mtrl-sci
Phonon and exciton temperature-dependent properties of twisted MoS$_2$
本研究通过拉曼和光致发光光谱，探究了29°扭转MoS$_2$双层中声子与激子的温度依赖特性，发现莫尔声子及层间耦合效应，并观察到三子间接跃迁，为双层性质调控提供新途径。
2024-02-05 cond-mat.mtrl-sci
On the connection between sliding friction and phonon lifetimes: Thermostat induced thermolubricity effects in molecular dynamics simulations
典型的纳米摩擦学模拟设置是半无限衬底，其特征在于顶部的滑动珠，并且较低的衬底层恒温以控制温度。一个挑战是处理从基底下边界背反射的声子，因为这些声子将人为地减少作用在滑动珠上的摩擦FR。一种提出的解决方案是使用朗之万恒温器，其在温度TLAN下操作，并且具有相应的阻尼参数，最佳地调谐，使得FR最大化[Benassi等人，PHYSREVB，V82，P081401，2010]。在本文中，该方法被重新审视，并涉及到基板声子寿命，基板温度Tcb，和滑动速度。在低滑动速度，粘滑事件之间的时间是大的声子寿命相比，我们没有观察到太多的依赖性FR的Gamma，这里的恒温器调谐是不需要的。在高滑动速度下，在改变Gamma时，我们确认了上述摩擦最大值，但也观察到Tmax的明显最小值，其在这里偏离TLAN。对于强烈非谐的衬底粒子相互作用，FR随Gamma的变化可以理解为热致陆性的表现，背反射基本上不重要。相反，对于谐波相互作用，声子寿命变得非常长，FR强烈地受到背反射声子的影响，但不足以推翻热致液晶性。
2019-04-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Phonon collisional broadening and heat transport beyond the Boltzmann equation
École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；Columbia University（哥伦比亚大学）；University of Cambridge（剑桥大学）
本文基于Kadanoff-Baym方程推导了时空依赖的BTE，并引入了线性化广义BTE，解决了传统FGR框架下的收敛性和二维系统失效问题。
2026-03-17 cond-mat.mtrl-sci
First-principles and tight-binding analysis of thermoelectricity in irradiated WSe$_2$
本研究通过从头原理和紧束缚分析，探讨了辐照对WSe₂纳米带热电性能的影响，发现光诱导跃迁重正化和自旋轨道效应共同提升了ZT值，使其在宽温度范围内超过1。
2026-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Thermal properties of graphene under tensile stress
石墨烯的热性质显示出与这种结晶膜的二维性质相关的特有特性。这些性质可以在存在拉伸和压缩应力的情况下改变和调整。在这里，我们研究了拉伸应力下的石墨烯单层使用路径积分分子动力学（PIMD）模拟，它允许一个考虑到量子化的振动模式和分析的影响，非谐性的物理观测。研究了由于晶体膜中的应变引起的弹性能对于增加的拉伸应力和对于升高的温度（热膨胀）的影响。我们分析了石墨烯的内能、焓和比热，并将从PIMD模拟获得的结果与由谐波近似给出的振动模式进行了比较。这种近似在低温下是精确的，并且随着温度和压力的增加而恶化。在低温下，对于无应力的石墨烯，比热变化为$c_p \sim T$，并且随着拉伸应力的增加而演变为依赖性$c_p \sim T^2$。结构和热力学性质显示出不可忽略的量子效应，甚至在高于300 K的温度下也是如此.此外，石墨烯的面内和真实区域的行为的差异进行了讨论，以及它们的相关属性。这些差异在相应的压缩系数和热膨胀系数中清楚地表现出来。
2018-06-05 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Quantum nuclear motion in silicene: Assessing structural and vibrational properties through path-integral simulations
本文采用路径积分分子动力学模拟研究了硅烯中量子核运动与非谐性的相互作用，发现量子离域显著影响其结构参数与晶格动力学，并在25至1200 K范围内主导热膨胀与声子谱，低温下二维压缩模量因量子核运动降低14%。
2024-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear Coherent Transport in 2D Thermal Metamaterials: From Solitons and Topological Defects to Quantum Computing
Capgemini（凯捷）；Capgemini Quantum Lab（凯捷量子实验室）；Univ. Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）
本文提出二维热元材料的统一理论框架，结合非线性晶格动力学、基于孤子的有效场论和几何排列的缺陷网络，揭示了双通道输运机制及其对几何、非线性和温度的敏感性，为热管理提供新途径。
2026-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci hep-th
